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目的:大肠癌是我国发病率和死亡率最高的恶性肿瘤之一。虽然粪便隐血试验及结直肠镜等筛查手段可显著提高癌前病变及早期结直肠癌的发现率,提高患者的预后,但是由于结肠镜检查有一定痛苦,患者筛查依从性较差,严重影响大肠癌筛查工作的开展。因此,我们仍需寻找方便采集,准确性高的大肠癌标志物。虽然目前已有大量研究筛选出多种可用于大肠癌早期诊断,预后预测,或疗效评价的标志物,但大多是研究的样本量较小,不同研究纳入患者的病理类型及患者分期标准差异大,使其结果的异质性较大。因此,本研究旨在基于肿瘤基因组图谱(TCGA)数据库大样本直肠腺癌数据,对mRNA表达谱、miRNA表达谱和DNA甲基化数据进行了综合分析,以期为筛选直肠腺癌新型标志物及阐明其发生发展机制奠定理论基础。方法:研究首先通过对TCGA直肠腺癌队列中155例患者癌组织及癌旁组织的mRNA,miRNA的表达和DNA甲基化水平进行对比分析,筛选出在直肠腺癌组织中显著差异表达的mRNA,miRNA及异常甲基化位点。而后,通过生物信息学方法对异常表达mRNA与异常表达miRNA的预测靶点基因及异常甲基化基因进行了对比,筛选出可能由miRNA或甲基化而造成的异常表达的基因,并且利用通路富集分析对这些异常表达基因可能参与的生物学功能进行了筛选。接下来,为进一步验证TCGA数据的分析结果,我们首先从TCGA直肠腺癌队列中筛选出的异常表达mRNA中随机选取了9种,利用5对直肠腺癌癌和癌旁的组织标本使用qRT-PCR的方法对其进行检测,验证其表达趋势是否与TCGA数据库结果吻合。而后利用GEO数据库中GSE75970和GSE20842两个数据集,共计纳入295对肠腺癌癌和癌旁的组织标本,对癌组织中mRNA表达情况进行分型,进一步验证验证TCGA数据库和qRT-PCR的结果。结果:基于TCGA数据库直肠腺癌队列中mRNA,miRNA及甲基化数据,我们筛选出了1192种在直肠腺癌中异常表达的mRNA,27种miRNA及6403个异常甲基化位点。而后,我们将异常表达的miRNA的预测靶基因与筛选出的mRNA进行对比发现,共668个差异表达mRNA被识别为27个miRNA的靶基因。同样,将存在异常甲基化位点的基因与筛选出的mRNA进行对比,共识别出50种异常表达的mRNA。通路富集分析显示,这50种mRNA涉及cAMP通路,昼夜节律夹带,谷氨酸能突触,尼古丁成瘾,苯丙胺成瘾,吗啡成瘾,黑色素基因,逆行内源性大麻素信号和胆碱能突触等9种KEGG通路。随后,为进一步验证,TCGA数据库的分析结果,我们随机选择9个候选基因在5对癌和癌旁配对组织中进行检测,与配对的癌旁组织相比,ATP2B4,ROR1和PPKCB在直肠腺癌中发生显著下调,而TCF7,SLC6A6,PDPN,WNT2和ONECUT2则发生了显著上调,与TCGA数据库分析的基本一致。我们又应用GEO数据库中GSE75970和GSE20842两个数据集,共计纳入295例直肠腺癌微阵列芯片数据进行验证。分析显示,在微芯片数据中筛选出来的33差异表达基因与TCGA数据库的生物信息学分析完全一致。结论:本研究通过分析TCGA数据库直肠腺癌队列,筛选出了在直肠腺癌中差异表达mRNA、miRNA及异常甲基化位点。构建了直肠腺癌中miRNA-mRNA-甲基化调控网,为筛选直肠腺癌新型标志物奠定理论基础。