细胞分裂周期相关基因8在人恶性肿瘤中的表达及临床意义*

晁 凡,徐志兵△

1.复旦大学附属中山医院厦门医院泌尿外科,福建厦门 361015;2.复旦大学附属中山医院泌尿外科,上海 200032

恶性肿瘤已成为世界范围内严重的公共卫生问题。据美国癌症协会估计,2022年男性和女性分别有983 160例和934 870例新发恶性肿瘤病例[1]。各种恶性肿瘤具有细胞异常分化和增殖、生长失去控制、浸润和转移等共同的生物学特征[2]。人类细胞分裂周期相关基因8(CDCA8),又被称为DasarB或Borealin,编码一种由280个氨基酸构成的蛋白质。CDCA8参与维持微管稳定,并调控染色体的凝集及分裂,从而在细胞周期、细胞分裂中发挥重要作用[3]。有研究表明,CDCA8在多种恶性肿瘤中呈高表达,是潜在的促癌基因。例如,皮肤黑色素瘤转移病灶中CDCA8的表达水平高于原发灶,且CDCA8可通过ROCK通路促进肿瘤的进展[4]。尽管先前的研究表明,CDCA8是一种参与恶性肿瘤进展的蛋白质[4-5],但其在肿瘤免疫中的作用尚不明确。另外,CDCA8在泛癌中的作用尚未得到系统的研究。本研究旨在利用在线数据库研究CDCA8在泛癌中的表达及临床意义。现将具体结果报道如下。

1 资料与方法

1.1基因表达分析 使用癌症基因组图谱(TCGA)研究网络[6]和基因型-组织表达(GTEx)项目[7]的数据分析CDCA8在癌组织和正常组织中的表达水平,使用Toil方法处理数据[8]。

1.2CDCA8的诊断价值分析 利用TCGA和GTEx的数据,采用受试者工作特征(ROC)曲线分析CDCA8对癌组织和正常组织的诊断价值。曲线下面积(AUC)用于确定诊断效率。AUC范围为0.5～1.0,其数值越接近1,诊断效果越好。使用Prism 8软件制作热图,用于显示CDCA8诊断各种人恶性肿瘤的AUC。使用Stata 15.1软件通过综合受试者工作特征(SROC)曲线分析CDCA8诊断恶性肿瘤的灵敏度和特异度。

1.3生存分析 采用基因表达谱交互分析(GEPIA)数据库[9],基于Kaplan-Meier生存分析,分析TCGA恶性肿瘤中CDCA8表达对总生存期(OS)和无病生存期(DFS)的影响。假设检验采用Log-rank检验。

1.4CDCA8相关基因分析 从GEPIA数据库中获得与CDCA8具有相似表达模式的基因列表。采用Spearman相关分析相关基因表达水平之间的相关性。使用R包“clusterProfiler”[10]进行基因本体论(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)分析。

1.5与CDCA8相关的肿瘤浸润免疫细胞的关系分析 采用TIMER 2.0数据库[11]对CDCA8相关肿瘤浸润免疫细胞进行分析。采用Spearman秩相关性分析CDCA8表达与特定免疫细胞类型丰度之间的关系。

1.6统计学处理 使用R(3.6.3版)进行统计分析和可视化。根据数据类型采用Mann-WhitneyU检验、单因素方差分析(ANOVA)、Spearman秩相关、COX回归等进行统计分析。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1CDCA8在多种人恶性肿瘤中呈显著低表达 基于TCGA和GTEx的数据分析,CDCA8 mRNA在不同类型癌症中的表达情况如下:与正常组织相比,在肾上腺腺癌、膀胱尿路上皮癌、乳腺浸润癌、宫颈癌和宫颈管癌、胆管癌、结肠腺癌、弥漫性大B细胞淋巴瘤、食管癌、多形性胶质细胞瘤、头颈癌、透明细胞性肾细胞癌、乳头状肾细胞癌、低级别胶质瘤、肝细胞癌、肺腺癌、肺鳞癌、卵巢浆液性囊腺癌、胰腺腺癌、嗜铬细胞瘤和副神经节瘤、前列腺腺癌、直肠腺癌、皮肤黑色素瘤、胃腺癌、甲状腺癌、胸腺瘤、子宫内膜癌、子宫癌肉瘤中CDCA8的表达显著上调(P<0.05),而在急性髓系白血病中CDCA8表达下调(P<0.05)。配对样本的分析中发现,与正常组织相比,在膀胱尿路上皮癌、乳腺浸润癌、胆管癌、结肠腺癌、食管癌、头颈癌、透明细胞性肾细胞癌、乳头状肾细胞癌、肝细胞癌、肺腺癌、肺鳞癌、前列腺癌、直肠腺癌、胃腺癌、子宫内膜癌中CDCA8表达下调(P<0.05)。

2.2CDCA8 mRNA表达水平对癌组织和正常组织的鉴别诊断价值 ROC曲线分析显示,CDCA8诊断癌组织和正常组织的AUC热图见图1A。以SROC曲线汇总26种TCGA恶性肿瘤中CDCA8对区分癌组织和正常组织的诊断价值,合并灵敏度为0.93(95%CI:0.90～0.96),合并特异度为0.91(95%CI:0.85～0.95),SROC曲线的AUC为0.97(95%CI:0.95～0.98),见图1B。结果表明CDCA8表达水平可用于癌组织和正常组织的鉴别。

注:A为ROC曲线AUC热图;B为SROC曲线图。图1 CDCA8表达量用于鉴别癌组织和正常组织的诊断价值

2.3CDCA8表达水平与恶性肿瘤预后的相关性 以TCGA中26种人恶性肿瘤的CDCA8 mRNA表达水平的中位数为界,将恶性肿瘤患者分为高CDCA8组和低CDCA8组。生存分析结果显示,高CDCA8组的恶性肿瘤患者具有更差的OS(Log-rankP=0)和DFS(Log-rankP=4.4×10-16)。见图2。

注:A为CDCA8表达水平与患者OS的相关性;B为CDCA8表达水平与患者DFS的相关性。图2 TCGA恶性肿瘤标本中CDCA8表达水平与患者生存的相关性

2.4CDCA8相关基因的GO分析和KEGG分析 使用GEPIA数据库获取26种TCGA恶性肿瘤中与CDCA8最具相关性的100个基因。使用R软件包“clusterProfiler”进行GO分析和KEGG分析,结果显示,CDCA8可能与细胞周期和有丝分裂有关(P<0.05)。见图3。

图3 CDCA8相关基因的GO分析与KEGG分析气泡图

2.5CDCA8表达水平与CD4+T细胞的相关性 CDCA8在恶性肿瘤中的免疫学功能尚不清楚。本研究利用TIMER 2.0数据库分析了CDCA8表达与免疫浸润的相关性,结果显示,在TCGA恶性肿瘤中,CDCA8水平与CD4+Th2细胞浸润显著相关(P<0.05)。见图4。

图4 TCGA恶性肿瘤中CDCA8表达水平与CD4+T细胞浸润的相关性热图

3 讨 论

研究各种人恶性肿瘤的共同特征,可以为其治疗提供新的思路。与传统方法相比,泛癌分析旨在探索不同类型肿瘤的相似性和差异。本研究发现,CDCA8是一个与恶性肿瘤患者预后不良有关的致癌基因,与泛癌中肿瘤浸润免疫细胞的状态有关。本研究显示,CDCA8在大多数人恶性肿瘤中高表达,并与某些人恶性肿瘤的生存预后具有相关性,这表明其致癌作用是普遍的。基于SROC曲线,本研究还提出了CDCA8在区分癌组织和正常组织方面的潜在诊断价值的证据。这些证据证明了CDCA8作为人恶性肿瘤诊断和预后预测的生物标志物的临床价值。

近年来,也有类似的泛癌方面的研究发表[12-13]。然而,CDCA8基因的作用尚未全面确定。虽然之前的研究表明,CDCA8是一种致癌基因[4-5],但其在肿瘤免疫中的作用尚不明确。本研究揭示了CDCA8的肿瘤免疫作用,表明它可能是一种新的肿瘤生存和免疫治疗的潜在靶点。本研究结果显示,在纳入研究的所有TCGA恶性肿瘤中,CDCA8水平与肿瘤浸润Th2细胞显著相关。肿瘤微环境和肿瘤浸润免疫细胞的状态对恶性肿瘤患者的预后至关重要,影响对免疫治疗的反应和耐药性[14]。CD4+Th2细胞是T细胞的一个亚群,分泌Th2型细胞因子[如白细胞介素(IL)-4、IL-5、IL-10和IL-13][15]。这些细胞因子促进Th2细胞的增殖,抑制Th1细胞的增殖,同时帮助激活B细胞,在体液免疫中发挥作用。肿瘤细胞及其代谢产物促进Th2细胞的产生及其分泌的细胞因子,导致Th1和Th2细胞之间的不平衡[16]。此外,Th1和Th2细胞的失衡主要发生在肿瘤微环境的浸润淋巴细胞中。这种不平衡状态会保护肿瘤细胞免受免疫监视,被认为是肿瘤免疫逃逸的重要机制之一。

本研究主要通过生物信息学分析探讨CDCA8在人恶性肿瘤中的生物学作用,尚未通过分子生物学实验探讨其分子机制。恶性肿瘤患者癌组织中CDCA8表达水平异常升高的原因有待进一步研究。此外,CDCA8促进恶性肿瘤进展和免疫逃逸的分子机制也需要进一步的分子生物学实验来探讨。

综上所述,本研究表明,CDCA8在大多数人恶性肿瘤中异常升高,其表达水平可用于鉴别癌组织和正常组织,并与较差的预后具有显著相关性。CDCA8作为免疫相关基因可能参与免疫细胞浸润,从而导致肿瘤细胞的免疫逃逸。本研究系统地研究了CDCA8在人恶性肿瘤发生发展过程中的重要作用,可望成为诊断和预后生物标志物,为临床上恶性肿瘤的诊治提供新的理论依据。