长链非编码RNA SNHG1促进肝癌恶性进展的分子机制研究及基于剪接因子基因的肝癌预后风险评分模型构建

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肝癌是最常见的消化系统恶性肿瘤之一,其中80-90%为肝细胞癌(HCC)。肝癌是全球范围内癌症相关死亡的第三大主因,患者早期缺乏典型临床症状和特异性诊断指标,确诊时多已发展至中晚期,错失手术切除的最佳时期,缺乏有效的治疗手段,预后差,死亡率高。长链非编码RNA(lncRNA)长度大于200个核苷酸,蛋白编码能力受限,在包括癌症在内的多种疾病发病过程中发挥重要调控作用。lncRNA在组织和体液中易于检测,具备成为癌症诊断、预后和治疗分子靶标的潜能。本文致力于探索在肝癌发生发展中发挥关键调控作用的lncRNA并阐明其潜在分子机制,这对认识肝癌的发病机理,开发有效的肝癌早期诊断标志物、预后指标和精准治疗靶点具有重要的临床价值。此外,随着微阵列和测序技术的发展,越来越多的研究致力于开发由各种癌症相关基因集组成的肝癌预后风险评分模型,旨在为肝癌患者的预后和个性化管理提供参考依据。考虑到剪接因子在肝癌发生发展中的重要作用,本研究基于剪接因子基因构建了肝癌预后风险评分模型。第一部分SNHGs在肝癌中的临床意义研究对癌症基因组图谱(TCGA)中肝癌基因表达谱进行差异分析,发现8827个差异表达基因(DEGs),其中包含2853个差异表达lncRNA。核仁小RNA宿主基因(SNHGs)是一类与癌症密切相关的lncRNA。在差异表达lncRNA中,多个SNHGs在肝癌组织中表达异常升高,且与肝癌患者预后不良密切相关。我们选择SNHG1作为目标lncRNA进行后续研究。公共数据库分析和q RT-PCR实验结果均表明,肝癌组织和肝癌细胞中SNHG1表达显著升高,其水平与患者确诊年龄和肿瘤组织分级密切相关。通过Kaplan-Meier生存曲线、时间依赖性受试者操作特征(ROC)曲线、单变量和多变量Cox回归分析等一系列生物信息学技术确定了SNHG1可作为肝癌患者的独立预后危险因素,即SNHG1高表达提示肝癌患者预后较差。第二部分肝癌细胞中SNHG1表达调控的机制研究lncRNA在肝癌中的表达受多种机制的精密调控,本研究着重探索参与调控肝癌细胞中SNHG1表达的转录因子。结合差异分析、Pearson相关性分析和SNHG1启动子区结合位点预测,确定9个目标基因为可能参与调控肝癌中SNHG1表达的转录因子,分别是ESR1、MYBL2、E2F1、FOXM1、LMNB1、ARID3A、ATF3、AR和FOS。单因素Cox回归分析和Kaplan-Meier生存分析结果显示,这9个转录因子中,ESR1高表达与肝癌患者预后良好呈正相关,而MYBL2、E2F1、FOXM1、LMNB1、ARID3A高表达则与肝癌患者预后不良呈正相关。利用JASPAR数据库预测到E2F1在SNHG1转录起始位点-555 bp到-548bp、434 bp到-427 bp和-179 bp到-172 bp的结合分数最高。通过转染技术和q RT-PCR验证了肝癌细胞中E2F1对SNHG1表达的促进作用。结合Ch IP和双荧光素酶报告实验结果,得出肝癌细胞中E2F1通过与SNHG1启动子区结合激活SNHG1的转录。第三部分SNHG1在肝癌中的生物学功能探索应用CCK8、克隆形成实验和裸鼠成瘤实验证实SNHG1在肝癌发生发展中的促癌作用。通过基因集富集分析(GSEA)、葡萄糖消耗量和乳酸生成量检测明确了SNHG1对肝癌细胞有氧糖酵解的促进作用。再次进行CCK8和克隆形成实验,发现,糖酵解抑制剂2-DG能够逆转SNHG1对肝癌细胞增殖的促进作用。这些结果表明,SNHG1在一定程度上是通过激活肝癌细胞有氧糖酵解途径促进其增殖的。第四部分SNHG1通过miR-326/PKM2促进肝癌细胞有氧糖酵解通过韦恩图将肝癌组织中8827个DEGs和12个有氧糖酵解基因与取交集,发现PKM和ALDOA在肝癌组织中表达显著升高。Kaplan-Meier生存曲线表明PKM和ALDOA高表达的肝癌患者预后更差。Pearson相关性分析发现SNHG1仅与PKM表达呈正相关,与ALDOA无显著相关性。M2型丙酮酸激酶(PKM2)是肝癌中PKM的主要形式,由此提出SNHG1可能通过PKM2调控肝癌细胞有氧糖酵解。Western blot实验发现PKM2在肝癌细胞中表达显著升高。q RT-PCR和Western blot实验证实沉默SNHG1明显抑制了肝癌细胞中PKM2表达。应用转染技术在过表达SNHG1的同时敲低PKM2,检测细胞葡萄糖消耗量和乳酸生成量,发现,敲低PKM2能够逆转SNHG1对肝癌细胞有氧糖酵解的促进作用。结合lnc ATLAS网站预测和核质分离实验得出,SNHG1在肝癌细胞的细胞质和细胞核均有分布。由此提出,细胞质中SNHG1可作为分子海绵通过micro RNA(miRNA)调控PKM2表达。对TCGA中肝癌miRNA表达谱进行差异分析,发现了40个miRNA在肝癌组织中表达显著下调。生物信息技术预测获取miRNA-SNHG1关系对和miRNA-PKM2关系对。利用韦恩图对肝癌中表达下调的miRNA,miRNA-SNHG1和miRNA-PKM2关系对中miRNA取交集,仅miR-326为三者交集。q RT-PCR实验证实肝癌细胞中miR-326表达显著降低。q RT-PCR和Western blot实验结果显示,过表达miR-326能够显著抑制PKM2表达,而沉默miR-326能够明显上调PKM2表达。双荧光素酶报告实验分别验证了miR-326与PKM2 3′端非翻译区(3’UTR)和SNHG1的靶向结合作用。结合双荧光素酶报告实验和基于AGO2的RNA结合蛋白免疫沉淀(RIP)技术得出,过表达SNHG1能够阻断miR-326和PKM2 3’UTR之间的结合。应用转染技术在沉默miR-326的同时敲低SNHG1,Western blot实验、葡萄糖消耗量和乳酸消耗量检测实验证实,沉默miR-326能够逆转敲低SNHG1对肝癌细胞中PKM2表达和有氧糖酵解水平的抑制。在敲减肝癌细胞内源性SNHG1的基础上分别转染pc DNA3.1-SNHG1-wt、与miR-326结合位突变的pc DNA3.1-SNHG1-mut,通过Western blot证实SNHG1对PKM2表达的促进作用依赖于SNHG1和miR-326的结合。以上结果表明,SNHG1在一定程度上是通过miR-326/PKM2轴激活肝癌细胞有氧糖酵解,进而促进肝癌细胞增殖。第五部分基于剪接因子基因的肝癌预后风险评分模型构建对TCGA中肝癌的剪接因子表达谱进行差异表达分析,确定了40个异常表达剪接因子。通过单变量Cox回归、LASSO回归和多因素Cox回归分析建立由剪接因子DNAJC6、ZC3H13、IGF2BP3、DDX19B组成的肝癌预后风险评分模型。通过Kaplan-Meier生存曲线和ROC曲线分析证实了该模型作为肝癌患者预后指标的效能较好。通过单因素和多因素Cox回归分析证实了该模型能够作为肝癌患者的独立预后因素。GSEA结果提示,基于该模型分层的高风险组肝癌患者中细胞周期、DNA复制的正向调控、单链DNA解旋酶活性等多个癌症相关通路和生物学过程被激活,这可能是高风险组患者预后较差的原因。
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