基于生物信息学方法构建肝细胞癌SNHG17-miRNA-CDK4预后预测模型

刘建东 韩翠云 钟敬涛 徐慧荣

［摘要］ 目的

探討长链非编码RNA（lncRNA）小核仁RNA宿主基因17（SNHG17）在肝细胞癌（HCC）发生发展中的作用。

方法 利用基因表达谱交互分析（GEPIA）数据库，分析HCC中SNHG17的表达及其与生存的关系；利用基因表达综合（GEO）数据库的数据进行验证，使用GEO2R、lnCAR和Metascape软件分析SNHG17相关性基因、构建可视化网络并进行GO和KEGG富集分析。根据通路利用多个GEO数据集筛选出细胞周期蛋白依赖性激酶4（CDK4）；利用数据库平台StarBase、miRBD以及HMDD筛选出同时以SNHG17和CDK4为靶基因的microRNA（miRNA）。

结果 lncRNA SNHG17在HCC中的表达显著上升（P＜0.05），其表达高的病人预后显著变差（P＜0.05）。GO和KEGG富集分析结果显示，SNHG17与核蛋白复合物以及细胞周期相关。筛选出高度相关基因CDK4并筛选出以SNHG17和CDK4为靶标的miRNAs。

结论 SNHG17在HCC中表达增高，并可通过结合多种miRNA发挥竞争性内源RNA的功能，对CDK4发挥调控作用。

［关键词］ 癌，肝细胞；RNA，长链非编码；微RNAs；细胞周期蛋白依赖激酶4；预后；计算生物学

［中图分类号］ R730.261；R342.2

［文献标志码］ A

［文章编号］ 2096-5532（2023）06-0850-05

doi：10.11712/jms.2096-5532.2023.59.204

［网络出版］ https：//link.cnki.net/urlid/37.1517.R.20240104.1606.005;2024-01-05 20：16：24

ESTABLISHMENT OF A PROGNOSTIC PREDICTION MODEL FOR HEPATOCELLULAR CARCINOMA BASED ON SNHG17-MIRNA-CDK4 AND BIOINFORMATICS METHODS

LIU Jiandong， HAN Cuiyun，ZHONG Jingtao， XU Huirong

（Department of Emergency Medicine， Qilu Hospital of Shandong University， Jinan 250000， China）

; ［ABSTRACT］ObjectiveTo investigate the role of the long non-coding RNA （lncRNA） small nucleolar RNA host gene 17 （SNHG17） in the development and progression of hepatocellular carcinoma （HCC）.

MethodsGEPIA database was used to analyze the expression of SNHG17 in HCC and its association with survival; the data in GEO database were used for validation; GEO2R，lnCAR， and Metascape were used to analyze SNHG17-related genes， construct a visualized network， and perform GO and KEGG enrichment analyses. Based on related pathways， multiple GEO datasets were used to screen for CDK4， and StarBase，miRBD， and HMDD database platforms were used to obtain the microRNAs （miRNAs） targeting both SNHG17 and CDK4.

ResultsThere was a significant increase in the expression of lncRNA SNHG17 in HCC （P<0.05）， and the patients with high SNHG17 expression tended to have a poorer prognosis （P<0.05）. GO and KEGG enrichment analyses showed that SNHG17 was associated with nuclear protein complex and cell cycle. The highly related gene CDK4 was obtained， as well as the miRNAs targeting SNHG17 and CDK4.

ConclusionThere is an increase in the expression of SNHG17 in HCC， and SNHG17 can play the role of competitive endogenous RNA by binding to a variety of miRNAs， thereby exerting a regulatory effect on CDK4.

［KEY WORDS］carcinoma， hepatocellular; RNA， long noncoding; miRNAs; cyclin-dependent kinase 4; prognosis; computational biology

肝细胞癌（HCC）作为最常见的恶性肿瘤之一，已成为全球死亡率第二高的肿瘤［1］。由于HCC在确诊时往往已经处于晚期，并且由于远处转移和术后复发等因素，HCC病人的预后很差［2-3］。因此，探究HCC发生发展的分子機制，寻找与HCC发生有关的新型生物标志物对HCC病人的早期诊断和治疗十分重要。长链非编码RNA（lncRNA）是长度超过200个核苷酸的无蛋白质编码能力的RNA，与肿瘤发生发展密切相关［4］。小核仁RNA宿主基因17（SNHG17）是新发现的位于20q11的lncRNA，在多种肿瘤中表达上调，发挥癌基因的功能［5-7］。相

关研究显示，SNHG17过表达通过竞争性内源RNA（ceRNA）网络调控肺腺癌等恶性肿瘤细胞的增殖和迁移［8-9］。然而，SNHG17在HCC中的表达水平及其临床意义研究较少。本研究利用生物信息学方法分析SNHG17在HCC中的表达水平及其对生存的影响，并通过基因表达综合（GEO）数据库数据集信息的深度挖掘预测靶基因细胞周期蛋白依赖性激酶4（CDK4），为后期SNHG17在HCC中的功能研究提供理论依据。

1 资料和方法

1.1 SNHG17在HCC中的表达及生存分析

本文研究利用基因表达谱交互分析（GEPIA）数据库（http：//gepia.cancer-pku.cn/）分析TCGA HCC数据集中SNHG17在癌与癌旁组织中表达水平差异，分析SNHG17表达与病人总生存期（OS）和无病生存期（DFS）的相关性，以及SNHG17表达与肿瘤分级之间的关系。

1.2 SNHG17在癌和癌旁组织中表达验证

从GEO数据库中下载HCC的临床数据，对GSE36376、GSE14520数据集中SNHG17在癌与癌旁组织中的表达水平进行验证。

1.3 SNHG17相关靶基因生物学功能及通路分析本文利用lnCAR数据库（https：//lncar.renlab.

org/）分析GEO数据集中与SNHG17相关的基因并构建可视化网络，利用Metascape平台（https：//metascape.org/gp/index.html#main/step1）进行靶基因的GO和KEGG 富集分析。

1.4 SNHG17及其下游靶基因CDK4相关性分析

采用韦恩图取交集的方法在不同GEO数据集中取得高度相关的基因的交集，参考基因富集通路挑选出最有意义的靶基因CDK4。同时在GEPIA数据库中采用Perarson相关性分析进行验证。

1.5 CDK4基因在HCC中的表达及预后分析

通过UALCAN数据库（http：//ualcan.path.uab.edu/）分析CDK4在癌与癌旁组织中的表达水平，分析CDK4表达与病人OS和DFS的相关性，以及与肿瘤分级之间的关系。

1.6 与SNHG17和CDK4相互作用miRNA的筛选及其调控关系分析

通过StarBase（http：//starbase.sysu.edu.cn/）、miRBD（http：//www.mirdb.org/）筛选可能同时结合SNHG17和CDK4的miRNA，并分析SNHG17、miRNA和CDK4之间的调控关系。利用HMDD v3.0（http：//www.cuilab.cn/hmdd）检索并分析与HCC有关的miRNA，通过StarBase进行Perarson相关性分析，以进一步证实SNHG17通过miRNA发挥对CDK4的调控。

1.7 统计学分析

采用SPSS软件进行统计学分析。两组之间比较采用双尾未配对的t检验或配对的t检验，通过Kaplan-Meier曲线检验SNHG17和CDK4表达对 HCC病人的影响，并使用对数值检验分析了病人的OS和DFS。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结  果

2.1 HCC组织中SNHG17的表达水平及与病人生存情况的相关性

利用GEPIA数据库TCGA数据集分析发现， HCC中SNHG17表达量明显增高（P<0.001），且与HCC的分级密切相关，与低级别HCC（Stage Ⅰ/Ⅱ）相比较，高级别HCC（Stage Ⅲ/Ⅴ）组织中SNHG17表达明显升高（P<0.01）。见图1A、B。 SNHG17表达水平也与HCC病人的OS和DFS高度相关，与SNHG17表达水平较高的病人相比较，SNHG17表达较低的病人的OS和DFS时间延长（P<0.05）。见图1C、D。同样地，与来自GEO的RNA-seq数据集GSE36376、GSE14520中的正常组织相比，HCC组织中SNHG17的表达明显上调（P<0.01）。见图1E、F。

2.2 GEO数据集中SNHG17靶基因的功能富集分析

通过lnCAR平台分析GEO的RNA-seq数据集GSE14520，得到与SNHG17相关靶基因共200个（r>0.50或<-0.50）并构建基因相关性网络。见图2A。利用Metascape平台分析200个相关性靶基因，GO生物过程分析发现基因主要集中在核蛋白的复合体生成、mRNA的翻译以及核蛋白的组装。见图2B。KEGG 信号通路富集分析发现，排名第一的是与细胞周期相关的通路。见图2C。对GEO的RNA-seq数据集GSE36376、GSE14520相关靶基因分析取交集找到36个共同靶基因，其中CDK4以促进HCC细胞的G1/S转变调控细胞周期的信号通路［10］。同时我们用GEPIA的Perarson相关性分析进行验证，结果显示在TCGA数据集中CDK4与SNHG17的表达呈高度相关（P<0.01）。见图2D。

2.3 HCC中CDK4表达与生存时间关系

利用UALCAN数据库TCGA数据集分析发现，HCC中的CDK4表达明显增高（P<0.001）。见图3A。CDK4表达与人种、性别、年龄、体质量无关（P>0.05）。見图3B～E。与高级别和高分期的病人相比，部分低级别和低分期病人CDK4的表达量降低（P<0.05）。见图3F、G。CDK4水平也与HCC病人的OS和DFS高度相关，与CDK4表达水平较高的病人相比，CDK4表达较低的病人的OS和DFS延长（P<0.001）。见图3H、I。

2.4 SNHG17-miRNA-CDK4调控模型中miRNA的筛选

在多种肿瘤中，SNHG17可以作为ceRNA发挥“分子海绵“作用，吸附miRNA，调控下游靶基因的表达。我们通过StarBase、miRBD预测HCC中与SNHG17和CDK4结合的miRNA并取交集，发现hsa-miR-335-5p、hsa-miR-520a-5p、hsa-miR-525-5p、hsa-miR-124-3p、hsa-miR-506-3p可以同时结合SNHG17和CDK4。见图4。

3 讨  论

SNHG家族通过多种分子调控机制参与HCC

的发生发展过程［11］。例如，SNHG1通过吸附miR-377-3p促进HCC进展和转移［12］；SNHG3可直接结合miR-128从而促进CD151表达，激活上皮间充质转变相关通路的表达，促进HCC的侵袭和转移［13］；SNHG5高表达解除了miR-26a-5p对糖原合成酶激酶3β的抑制作用，从而促进了

HCC的发生［14］；SNHG17在多种肿瘤中表达上调并促进癌症进展［15-16］。然而，SNHG17在HCC中的功能和机制的相关研究较少。本研究利用生物信息学技术分析显示，SNHG17在HCC组织中的表达显著高于癌旁正常肝组织，并且SNHG17高表达与HCC病人较短的OS和DFS显著相关，提示SNHG17可能在HCC中发挥癌基因功能，调控HCC的发生发展。对GSE14520数据集进行进一步分析结果表明，与SNHG17相关的基因高度富集在细胞周期相关通路上，在TCGA数据集以及不同的GEO数据集中同时发现CDK4的表达水平与SNHG17显著相关。

CDK4蛋白是一种由CDK4基因编码的广泛表达的丝氨酸/苏氨酸激酶。在有丝分裂原刺激下，细胞周期蛋白D（CyclinD）与激活的CDK4组成CDK4-CyclinD复合物，对于细胞周期G1/S期转换至关重要，在癌细胞周期调控中发挥重要的作用。例如，复制蛋白A1作为潜在的癌基因通过CDK4/CyclinD途径促进肿瘤增殖，从而在HCC中发挥关键作用［17］。本研究系统分析了CDK4在TCGAHCC数据集中的表达水平，并分析了其与肿瘤分期分级及病人种族、年龄、性别、体质量的相关性。结果显示，CDK4是HCC独立预后因素，在HCC的发生发展中起重要作用。

本文生信分析结果显示，HCC组织SNHG17-miRNA-CDK4预后预测模型的构建，为SNHG17在HCC中的机制研究提供了重要的参考。然而，由于本研究样本量较少，因此该结果需进一步通过大样本研究证实。

［参考文献］

［1］EL-SERAG H B， RUDOLPH K L. Hepatocellular carcinoma： epidemiology and molecular carcinogenesis［J］.  Gastroenterology， 2007，132（7）：2557-2576.

［2］FORNER A， REIG M， BRUIX J. Hepatocellular carcinoma［J］.  Lancet， 2018，391（10127）：1301-1314.

［3］JEMAL A， BRAY F， CENTER M M， et al. Global cancer statistics［J］. 2011，61（2）：69-90.

［4］JACOB R， ZANDER S， GUTSCHNER T. The dark side of the epitranscriptome： chemical modifications in long non-co-

ding RNAs［J］.  International Journal of Molecular Sciences， 2017，18（11）：2387.

［5］DU F P， HOU Q. SNHG17 drives malignant behaviors in astrocytoma by targeting miR-876-5p/ERLIN2 axis［J］.  BMC Cancer， 2020，20（1）：839.

［6］LIU J， ZHAN Y， WANG J F， et al. lncRNA-SNHG17 promotes colon adenocarcinoma progression and serves as a sponge for miR-375 to regulate CBX3 expression［J］.  American Journal of Translational Research， 2020，12（9）：5283-5295.

［7］LIU Y， LI Q S， TANG D X， et al. SNHG17 promotes the proliferation and migration of colorectal adenocarcinoma cells by modulating CXCL12-mediated angiogenesis［J］.  Cancer Cell International， 2020，20（1）：566.

［8］QIN Y， SUN W， WANG Z H， et al. Long non-coding small nucleolar RNA host genes （SNHGs） in endocrine-related can-

cers［J］.  OncoTargets and Therapy， 2020，13：7699-7717.

［9］YANG H， JIANG Z， WANG S， et al. Long non-coding small nucleolar RNA host genes in digestive cancers［J］.  Cancer Medicine， 2019，8（18）：7693-7704.

［10］CHEN L， WANG X， CHENG H H， et al. Cyclin Y binds and activates CDK4 to promote the G1/S phase transition in hepatocellular carcinoma cells via Rb signaling［J］.  Biochemical and Biophysical Research Communications， 2020，533（4）：1162-1169.

［11］HAN S W， YANG X， QI Q， et al. Can small nucleolar RNA be a novel molecular target for hepatocellular carcinoma［J］？  Gene， 2020，733：144384.

［12］QU A， YANG Q. LncRNA SNHG1 promotes cell progression and metastasis via sponging miR-377-3p in hepatocellular carcinoma［J］.  Neoplasma， 2020，67（3）：557-566.

［13］ZHANG P F， WANG F， WU J， et al. LncRNA SNHG3 induces EMT and sorafenib resistance by modulating the miR-128/CD151 pathway in hepatocellular carcinoma［J］.  Journal of Cellular Physiology， 2019，234（3）：2788-2794.

［14］LI Y R， GUO D， ZHAO Y， et al. Long non-coding RNA SNHG5 promotes human hepatocellular carcinoma progression by regulating miR-26a-5p/GSK3β signal pathway［J］.  Cell Death & Disease， 2018，9（9）：888.

［15］PAN X F， GUO Z H， CHEN Y Y， et al. STAT3-induced lncRNA SNHG17 exerts oncogenic effects on ovarian cancer through regulating CDK6［J］.  Molecular Therapy Nucleic Acids， 2020，22：38-49.

［16］ZHANG Y T， YANG G Y. LncRNA SNHG17 acts as a ceRNA of miR-324-3p to contribute the progression of osteosarcoma［J］.  Journal of Biological Regulators and Homeostatic Agents， 2020，34（4）：1529-1533.

［17］WANG J C， YANG T， CHEN H， et al. Oncogene RPA1 promotes proliferation of hepatocellular carcinoma via CDK4/Cyclin-D pathway［J］.  Biochemical and Biophysical Research Communications， 2018，498（3）：424-430.

（本文編辑 牛兆山）