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胃癌中上调表达的circRNA筛选及其潜在的生物学功能
摘要：目的 探讨胃癌(GC)中上调的环状RNA(circRNAs)及其潜在生物学功能。方法 从基因表达综合数据库(GEO)下载微阵列数据进行分析，鉴定GC中差异表达的circRNAs。利用癌症基因组图谱(TCGA)数据集获得差异表达的miRNAs和mRNAs,通过癌症特异性circRNA数据库(CSCD)预测circRNAs与miRNAs之间的靶向关系。使用TCGA数据库筛选相关mRNAs和网络miRNAs,并通过microRNA靶点预测数据库(miRDB)与基于保守性分析的miRNA靶基因预测数据库(TargetScan)预测miRNAs与mRNAs之间的靶向关系，细胞图谱(Cytoscape)构建竞争性内源RNA(ceRNA)网络，并进行基因本体论(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)分析，探讨网络内的生物学过程。Kaplan-Meier曲线评估网络mRNAs的预后价值。结果 建立了包含4个circRNAs、8个miRNA和198个mRNAs的调控网络，这些mRNAs在细胞周期、磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)-蛋白激酶B(Akt)信号通路、核质运输和p53信号通路等生物学功能中富集。4个mRNAs与总生存期显著相关。结论 4个差异表达的circRNAs可能在GC发病机制中发挥重要作用。
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胃癌(GC)是一个全球性健康问题,每年影响超过100万患者｡尽管过去50年来GC的发病率和死亡率有所下降,但在2020年,GC仍然是与癌症相关死亡的第4大原因〔1,2〕｡因此,迫切需要更好地了解GC发展的机制,并寻找新的生物标志物以改善该病的总体预后｡环状RNA(circRNAs)在多种物种中表达,通过线性RNA反向剪接共价连接〔3〕,并已被证明具有多种功能〔4〕｡circRNAs的深入研究得益于高通量测序技术､生物信息学工具和数据库的发展〔3〕｡circRNA可以充当miRNA海绵或竞争性内源RNA(ceRNA),与其他RNA竞争跟miR⁃NA的结合｡circRNA参与各种生物过程,可能在癌症的发生和发展中充当抑癌基因或原癌基因〔5〕｡ceRNA机制于2011年首次报道〔6〕,编码和非编码RNA之间的相互作用通过miRNA响应元素(MREs)在整个转录组中形成大规模的调控网络｡这种ceRNA活性可以为进化问题提供答案,因为它部分解释了基因组大小和生物体复杂性的相关性〔6〕｡circRNAs在GC发生发展过程中也发挥重要作用｡如环状RNA含PR结构域的蛋白(cir⁃cPRDM)5通过miR⁃485⁃3p依赖性方式降低葡萄糖胺(N⁃乙酰)⁃6⁃硫酸转移酶家族(GCNT)4表达来抑制胃癌细胞的增殖､迁移､侵袭和葡萄糖代谢〔7〕｡GC患者血清中环状RNA透明质酸合酶(circHAS2)高表达并与患者的组织分化､肿瘤分期和淋巴结转移及较差的预后相关,表明circHAS2可作为GC新型诊断和预后生物标志物〔8〕｡在本研究中,从基因表达综合数据库(GEO)下载了两个与GC相关的circRNA表达谱数据,并进行了circRNA､miRNA和mRNA表达谱的综合分析｡鉴定了差异表达的cir⁃cRNA(DEcircRNA)､miRNAs(DEmiRNAs)和mR⁃NAs(DEmRNAs),依据表达上调的DEcircRNA构建了ceRNA(circRNA⁃miRNA⁃mRNA)调控网络｡本研究探讨GC中上调表达的circRNAs及其潜在的生物学功能｡
1、材料和方法
1.1数据来源为构建与GC相关的ceRNA作用网络,分别从GEO和癌症基因组图谱(TCGA)数据库中获取了差异表达的circRNA､miRNA和mRNA｡使用癌症特异性circRNA(CSCD)数据库(http://gb.whu.edu.cn/CSCD/)〔9〕预测circRNA与miRNA之间的相互作用,而microRNA靶点预测数据库(miRDB)〔10〕和基于保守性分析的miRNA靶基因预测数据库(TargetScan)〔11〕则用于预测miRNA与mRNA之间的相互作用｡
1.2筛选潜在网络circRNA使用GSE83521和GSE93541来鉴定差异表达的circRNAs｡circRNAs的探针注释信息从GPL19978平台文件中下载｡当不同的探针对应于同一circRNA时,计数值取平均值｡使用以log差异倍数(FC)转换circRNAs的表达值,使用“limma包”进行差异分析｡差异circR⁃NAs的筛选标准为logFC≥1.5和P<0.05,并通过两个数据集的DEcircRNAs的交集获得潜在网络circRNAs｡
1.3筛选潜在网络miRNACSCD数据库用来预测circRNA的靶向miRNAs(PTmiRNAs)｡然后,从TCGA数据库中下载了miRNAs,依据logFC≤-1,P<0.05标准进行DEmiRNAs的筛选｡最终的潜在网络miRNAs是通过PTmiRNAs和DEmiRNAs取交集获得｡
1.4筛选潜在网络mRNAmiRNAs的预测靶向mRNAs(PTmRNAs)从miRDB和TargetScan数据库获得｡使用TCGA数据库筛选DEmRNAs,筛选标准为logFC≥1和P<0.05｡TCGA⁃STAD数据库也用于筛选与miRNAs相关的mRNAs(CormRNAs)(R>0.1,P<0.05)｡最终,通过DEmRNAs､PTmRNAs和CormRNAs三者取交集得到潜在网络mRNAs｡
1.5新型ceRNA网络的构建基于所选的潜在网络circRNAs､miRNAs和mRNAs｡利用细胞图谱(Cytoscape)3.6.1软件构建并可视化了与GC相关的新型circRNA⁃miRNA⁃mRNA调控网络｡
1.6基因本体论(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)功能富集分析GO和KEGG通路分析用于揭示基因所涉及的生物学功能及信号通路,“ggplot2R包”进行可视化〔12,13〕｡
1.7蛋白质⁃蛋白质相互作用(PPI)网络构建及模块分析为评估ceRNA网络中mRNAs之间的相互作用,构建了PPI网络｡使用MCODE插件从PPI网络中筛选出中心基因模块｡
1.8生存分析从TCGA下载包括生存时间､生存状态和TNM分期等相关信息的胃腺癌患者数据,缺少信息的样本被排除在分析之外｡使用Kaplan⁃Meier曲线的软件中“survivalR包”来进行生存分析｡
2、结果
2.1GC中潜在网络circRNA的鉴定根据筛选标准,从GSE93541和GSE83521数据集中分别确定了134和39个上调基因｡Venn图显示了5个DEcir⁃cRNAs｡热图展示正常组和GC组之间的差异基因(图1)｡对5个DEcircRNAs的基本信息通过CSCD进行了查询和验证,由于hsa_circ_0000670无相关信息,因此在后续研究中予排除｡
图1胃癌中差异表达的circRNAs鉴定
2.2潜在网络miRNA和mRNA的鉴定从CSCD中获得4个差异表达circRNAs的244个预测靶向miRNAs｡从TCGA中获得符合标准的86个差异表达miRNAs｡两者取交集,获得了8个潜在网络miRNAs｡此外,鉴定了与这8个潜在网络miRNAs相关联的2710个预测PTmRNAs,并根据TCGA差异分析得到了2169个上调的DEmRNAs｡同时,通过TCGA筛选了与8个潜在网络miRNAs负相关的9507个mRNAs(CormRNAs)｡通过DEmRNAs､PT⁃mRNAs和CormRNAs取交集,得到198个潜在网络mRNAs,见图2｡
图2差异表达的miRNAs和mRNAs鉴定
2.3ceRNA网络构建根据以上结果总共获得4个差异表达的circRNAs,8个潜在网络miRNAs和198个潜在网络mRNA,使用Cytoscape3.8.2可视化了circRNA⁃miRNA⁃mRNA调控网络(图3)｡
2.4功能富集分析GO分析显示,网络基因主要涉及质子输出三磷酸腺苷(ATP)酶活性､转录共激活物活性､热休克蛋白结合､调节细胞周期相转变､细胞周期过程的负调控及有丝分裂细胞周期的G1/S转变等｡KEGG分析表明,网络基因主要与PI3K⁃Akt信号通路､细胞周期､人类乳头状瘤病毒感染､病毒性癌变､细胞衰老等相关(图3)｡
图3CeRNA网络的构建及GO和KEGG通路富集分析
2.5PPI网络构建及核心基因筛选基于STRING数据库,构建了在网络mRNAs中的核心基因PPI网络,使用Cytoscape可视化了前17个核心基因的相互作用｡所有核心基因在胃癌中上调,并通过最大团中心性(MCC)方法排名｡对网络基因进行生存分析,Kaplan⁃Meier曲线显示,血管生成素(ANGPT)2､链氨基酸转氨酶(BCAT)1､FGD鸟嘌呤核苷酸交换因(FGD)6､含有KELCH重复和BTB结构域蛋白质(KBT⁃BD)2高表达GC患者的总体生存率明显低于低表达患者(图4)｡
图4PPI网络构建和生存分析
3、讨论
GC的发病机制目前仍然不清楚,阻碍了其防治效果｡研究表明,失调的circRNAs参与了多种癌症的发生发展〔14~17〕｡然而,关于circRNAs在GC中的调控机制知之甚少｡为了进一步了解其对GC的作用,本研究利用微阵列数据和生物信息学分析来识别与构建GC相关的核心基因和cir⁃cRNA⁃miRNA⁃mRNA网络｡circRNAs是通过反向剪接形成的共价闭合单链RNA分子,不容易受到RNA外切酶的影响〔18〕,在真核细胞转录组中普遍存在,这些特征使它们在内具有很高的稳定性｡由于其稳定的结构,circRNAs对于GC靶向治疗具有巨大的潜力,由circRNA构建的ceRNA调控网络对于包括癌症在内的多种疾病也具有重要的诊断价值｡
本研究与既往研究类似〔19〕,研究分析了GSE83521和GSE93541数据集以确认胃癌患者中差异表达的circRNAs｡使用CircBank和CSCD数据库确定了circRNAs的基因符号和结构｡具有miRNA响应元素(MRE)､RNA结合蛋白(RBP)和开放阅读框(ORF)的circRNAs可能通过MRE,作为miRNA海绵,从而间接调节miRNA下游靶基因表达,构成了ceRNA网络调控机制〔20~23〕｡
此外,对mRNAs的功能富集分析展示了它们在GC中的相关生物学功能和通路｡本研究揭示了从ceRNA网络中选择的目标mRNAs在质子输出ATP酶活性､转录共激活物活性､热休克蛋白结合及细胞周期调节等生物学功能上的富集｡这些目标mRNAs参与了PI3K⁃Akt信号通路､细胞周期､人类乳头状瘤病毒感染和病毒性癌变等通路｡
值得注意的是,本研究中鉴定的4个差异表达circRNAs中,仅有关于Hsa_circ_0002019通过调节GC中的肿瘤坏死因子α诱导蛋白(TNFAIP)6/核因子(NF)⁃κB来促进细胞增殖､迁移和侵袭的报道〔24〕,表明研究鉴定的circRNAs具有新颖性｡此外,分析ceRNA调控网络中198个mRNAs的表达水平与GC患者的生存期的关系,最终仅有AN⁃GPT2､BCAT1､FGD6和KBTBD2与胃癌患者的预后相关｡
综上,本研究构建了关于GC的新型ceRNA调控网络,但研究还存在局限性,因为其主要依赖于公共数据分析,需要进一步实验研究来确认新型ceRNA中心调控网络中的特定功能途径和分子机制｡
基金资助:国家自然科学基金(82160588);桂林市科技计划项目(20220139-7-11);甘肃省人民医院硕士研究生导师培育项目(22GSSYB-8);
文章来源:胡永利,杜岩,刘天祥,等.胃癌中上调表达的circRNA筛选及其潜在的生物学功能[J].中国老年学杂志,2025,45(15):3600-3605.
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环状RNA(circRNAs)在多种物种中表达,通过线性RNA反向剪接共价连接〔3〕,并已被证明具有多种功能〔4〕｡circRNAs的深入研究得益于高通量测序技术､生物信息学工具和数据库的发展〔3〕｡circRNA可以充当miRNA海绵或竞争性内源RNA(ceRNA),与其他RNA竞争跟miR⁃NA的结合｡
2025-08-11
胃癌作为临床常见的消化道恶性肿瘤病症,其起源于胃黏膜上皮恶性病变。该疾病在我国癌症致死率中仅次于肝癌。多数胃癌患者诊治时已为中晚期,其因胃癌早期无显著特异性症状,体征表现不典型,多表现为消化不良、上腹胀满及食欲不振等,多误诊为胃炎、胃溃疡。待患者因症状反复发作而实施胃镜检查时,通常已进展为胃癌晚期,错失最佳医治时机。
2025-08-01
胃癌是一种临床极为常见的消化系统恶性肿瘤,具有发病隐匿､病情进展快的特点,许多患者在病情明确时已处于晚期｡而胃流出道梗阻(GOO)是晚期胃癌患者一种常见并发症,肿瘤组织增大､转移压迫胃远端､十二指肠等胃流出通道是导致GOO发生的主要原因,GOO会引发腹痛､腹胀､恶心呕吐等消化道症状。
2025-07-28
幽门螺杆菌(helicobacterpylori,HP)感染是胃癌的高危致病因素,根除性治疗可有效防止胃黏膜萎缩及胃癌发生[1]｡对胃早期肿瘤患者行内镜下黏膜剥离术(endoscopicsubmucosaldissection,ESD)可有效根除肿瘤,提高患者生存率[2]｡
2025-07-23
胃癌是一种常见的恶性肿瘤,具有高发病率和死亡率｡GLI1是一种关键的转录因子,在多种癌症中起着重要作用,特别是在胃癌中｡GLI1作为一个潜在的生物标志物,可能对胃癌的诊断､治疗和预后评估产生深远影响｡过去的研究已经发现,GLI1在胃癌组织中高表达,并与肿瘤的恶性程度和预后密切相关[1]｡
2025-07-20
在中国,胃癌的发病率和死亡率占所有肿瘤的前2位,随着人们对疾病的重视,胃癌的发病率趋于平稳,但患者越来越年轻化[2]｡早期胃癌病灶局限在黏膜下层或黏膜层,预后情况好于进展期胃癌[3]｡有研究发现,胃癌术后组织病理存在部分多发性病变,其检出率不断上升,得到了临床医生越来越多的关注[4]｡
2025-07-10
胃癌多数为胃腺癌,可发生于胃的任何部位,高发于50岁以上男性,多数发现时已处于中晚期,可出现明显上消化道症状,其中癌性疼痛是最能引起患者不良体验的症状,在晚期胃癌患者中,癌性疼痛发生率可达60%~90%。多数癌性疼痛可持续超过3个月,严重影响患者生活质量。
2025-07-10
目前临床治疗胃癌的方法主要包括手术､放疗､化疗及靶向治疗等,可有效提高患者生存率､延长生存期[4],但老年胃癌患者身体情况较差､免疫力降低,会导致康复进程缓慢｡因此,采取科学有效的护理干预,对促进患者康复,缓解其身心痛苦有重要意义｡
2025-06-10
胃癌是发病率较高的恶性肿瘤疾病,早期患者无特异性表现,晚期患者会伴随严重癌痛,生活质量大幅度下降,且治疗后生存率仍然较低｡有研究表明:在晚期胃癌患者中实施常规护理模式,对患者癌痛症状予以镇痛药物干预,能缓解患者的疼痛感;此外,多数医护人员还会通过隐瞒病情的方式避免患者产生严重负面情绪｡
2025-06-05
胃癌是起源于胃黏膜上皮的恶性肿瘤,其发病由多种原因共同作用导致,幽门螺杆菌感染、癌前病变、遗传因素等均为导致胃癌的常见病因。相关资料显示,中国大部分患者确诊时已处于中晚期,转移性胃癌患者的5年生存率仅为6%,而其中80%为人表皮生长因子受体-2(HER-2)阴性胃癌。
2025-05-16
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主管单位：中国老年学和老年医学学会
主办单位：中国老年学学会,吉林省卫生厅
出版地方：吉林
专业分类：医学
国际刊号：1005-9202
国内刊号：22-1241/R
邮发代号：12-74
创刊时间：1981年
发行周期：半月刊
期刊开本：大16开
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