肝癌重要基因群及調控網(wǎng)絡的整合生物學研究.pdf

1、肝細胞肝癌(hepatocellular carcinoma, HCC)是一類惡性程度高、預后差的惡性腫瘤。它的發(fā)生發(fā)展過程中有多類基因參與，其復雜的分子發(fā)病機制預示著HCC是一多病因疾病。
　　我們采用基因芯片和miRNA芯片檢測肝癌(C)、癌旁肝(P)和正常肝(N)的mRNA和miRNA的表達譜差異。通過數(shù)據(jù)庫Gene Ontology和KEGG Pathway注釋差異的基因和miRNA可能的功能;并分析基因之間或基因與miR

2、NA之間可能的關系，構建相互作用網(wǎng)絡。
　　通過分析基因在不同組織中的差異表達、它們參與的生物學過程，以及基因網(wǎng)絡中的核心調控基因和效應基因，我們將這些差異歸納為三類基因表達譜型。
　　第一類，相對于正常肝和肝癌組織，僅在癌旁肝組織中差異表達的基因、生物學過程及調控基因和效應基因。
　　其差異表現(xiàn)在免疫反應上調和代謝下調。相關的基因變化表現(xiàn)為，與細胞增殖、細胞凋亡、細胞防御和免疫應答等相關的基因上調;同時，與糖類運輸、

3、激素合成和膽汁酸合成等相關的基因下調。核心調控基因是TNXB和COL1A1，核心效應基因是ITGB7。這些變化或許體現(xiàn)了炎癥及其導致的細胞死亡和細胞再生。而癌旁中肝臟正常功能的破壞或許是來自于慢性肝炎或肝硬化。
　　第二類，相對于正常肝組織，在肝癌和癌旁肝中都有表達差異的基因、生物學過程及調控基因和效應基因。
　　這些肝癌和癌旁肝的共同的差異表現(xiàn)為免疫反應、神經(jīng)活性配體受體相互作用的上調和大范圍的代謝作用的下調，包括雄激素、

4、雌激素、膽汁酸、脂肪酸、甘油酯、氨基酸、糖酵解/糖異生和PPAR信號通路等。相關的基因變化表現(xiàn)為，細胞運動、整聯(lián)蛋白介導的信號通路、細胞凋亡的負調控、免疫應答的正調控等相關的基因上調，同時與上述代謝作用相關的基因下調。核心調控基因和核心效應基因分別是RFX5、COL4A1、SPP1和CD74、ACTB、TGFB1、SDC3。
　　第三類，相對于正常肝和癌旁肝組織，僅在肝癌組織中差異表達的基因、生物學過程及調控基因和效應基因。

5、>　　肝癌獨有的通路的差異表現(xiàn)為上調的細胞增殖、厭氧性糖酵解、DNA修復、DNA復制、DNA重組、蛋白折疊、剪接體核內小核糖核蛋白的生物合成、剪接體裝配等;同時下調了氨基酸代謝、脂蛋白、離子應答、脂質、纖維蛋白溶解的負調控、凝血、蛋白水解等。相關的基因變化表現(xiàn)為，細胞周期、DNA復制、細胞外基質受體相互作用、粘著斑和Jak-STAT信號轉導通路相關的基因上調;而與神經(jīng)軸突引導、細胞因子與細胞因子受體相互作用、氨基酸代謝、脂肪酸代謝等代謝

6、相關的基因下調。核心調控基因包括4個膠原蛋白相關基因、3個層粘連蛋白相關基因、THBS1、THBS2和FRXANK;而核心效應基因則是PLG和PIK3R3。
　　上述從全基因組角度的轉錄組網(wǎng)絡分析給我們以下提示:
　　首先，第Ⅰ類基因群的表達譜型僅出現(xiàn)在荷腫瘤的肝臟，而不存在于肝癌本身。這可能反映了肝癌發(fā)生的早期事件。它提示癌旁肝已處于癌發(fā)生前的異常改變中。很多基因的表達異常在癌癥的發(fā)展過程中持續(xù)存在甚至深化，為何這類基因的

7、表達異常未見于肝癌？一種解釋是這些基因的表達異常僅在癌癥的起始階段發(fā)揮作用，隨著癌變的進一步演化而消退，并為其他基因的表達異常所取代;另一種可能是這些改變反映了慢性肝炎或肝硬化導致的基因表達異常，因而不會出現(xiàn)于腫瘤組織中。
　　其次，第Ⅱ類基因群的表達譜型表明了與肝癌組織和癌旁肝組織中共同發(fā)生的深刻變化，包括細胞的抗凋亡、代謝紊亂和免疫異常等。這反映了癌旁組織出現(xiàn)了與癌相似的改變，提示這些病人的癌旁組織已處于癌前病變。
　　

8、再者，第Ⅲ類基因群的表達譜型可能反映了肝癌特有的異常，包括癌細胞及其微環(huán)境的異常。
　　另外，我們發(fā)現(xiàn)hsa-mir-29c、hsa-mir-424、hsa-mir-370、hsa-mir-198都只在肝癌中下調。這些miRNA可以歸入上述的第Ⅲ類基因群。尤其值得注意的是它們都是調控網(wǎng)絡中的核心調控miRNA。
　　除此之外，我們在差異基因（mRNA）和miRNA的基礎上構建了6個分類器。這些分類器可以顯著地區(qū)分肝癌和癌旁肝