李明阳，马春霞，吴翰欣，吴小海，俞建昆

1.中国医学科学院北京协和医学院 医学生物学研究所 中心实验室，云南 昆明 650118；2.昆明医科大学 附属第二医院，云南 昆明 650118

鼻咽癌（nasopharyngealcarcinoma，NPC）是常见于我国南方及东南亚地区的鼻咽部恶性肿瘤，尤其高发于广东省[1]。鼻咽癌的发病与Epstein-Barr病毒（EBvirus，EBV）感染、遗传因素及环境因素密切相关[2-6]。随着高通量测序技术及基因芯片技术的发展，从不同层次如基因组、转录组、蛋白质组，甚至代谢组等方面研究恶性肿瘤的发生发展及预后已成为全世界科学家的共识[7-9]。因此，我们利用生物信息学技术，在基因层面分析鼻咽癌组织与正常组织的差异，筛选表达差异明显的核心基因，为将来临床上提高诊断率以及针对新的靶点开发更高效的抗癌药物奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

鼻咽癌组织基因表达谱下载自NCBI-GEO DataSet数据库（https://www.ncbi.nlm.nih.gov）,编号为GSE13597，该芯片中共包含25例NPC和3例正常组织对照样本。

1.2 方法

利用R语言程序包（edgR包）筛选差异表达基因（differentiallyexpressedgenes，DEGs）并绘制基因表达热图和火山图，标准设置为差异表达倍数∣FC∣＞1，FDR＜0.05，P＜0.05。利用在线分析工具（https://david.ncifcrf.gov/；http://www.string-db.org/；https://www.geodiver.co.uk/analyse）对筛选出的候选基因进行GO富集、KEGG通路分析以及蛋白互作网络分析，以确定核心基因。P＜0.05被认为具有统计学意义。

2 结果

2.1 样本数据检验

如图1所示，每个样本总体基因表达无明显差异，芯片检测结果有效，可用于后续分析。

图1 样本数据总览箱式图

2.2 差异基因分析

如图2、3所示，从25例鼻咽癌组织样本和3例正常组织对照样本中共分析出1103个DEGs，包括600个上调基因和503个下调基因（P＜0.05）。

图2 基因表达热图

2.3 GO基因富集分析

如图4～6所示，GO分析结果显示，DEGs在生物过程中显著富集，包括细胞分裂、DNA复制、G1/S有丝分裂细胞周期的转变和有丝分裂核分裂；在分子功能中，包括与蛋白质结合、与ATP结合、蛋白同二聚化活性、与DNA复制起点结合以及与受损的DNA结合；在细胞组分中，包括细胞质、核质、胞外体和船体中部。

图4 生物过程分析结果（Top5）

2.4 KEGG通路分析

KEGG通路分析（图7）显示，DEGs在细胞周期、DNA复制、癌症途径、p53信号通路、错配修复、小细胞肺癌、卵母细胞减数分裂、氨基糖和核苷酸糖代谢、基部切除修复和Ⅰ型人T淋巴细胞病毒（HTLV-Ⅰ）感染等信号通路中显著富集。

图5 细胞组分分析结果（Top5）

图6 分子功能分析结果（Top5）

图7 基因通路分析结果（Top10）

2.5 候选基因蛋白产物互相作用分析

在蛋白互作分析网络中，CDC45、MCM10、MCM3、MCM5、MCM2、CDC7、CDT1、CDC6、SMC2和NCAPG节点度最高，即为核心基因（图8）。

3 讨论

现代医学治疗鼻咽癌的有效方案多为放化疗结合，而传统的化疗药物在治疗过程中对患者自身正常的细胞也会造成损伤[10]，在提倡精准医疗的今天，通过生物信息学方法筛选鼻咽癌组织中的核心基因，可为研制新的抗癌药物指明方向，也可降低药物治疗对非恶性细胞的副作用。

我们利用R语言软件包对鼻咽癌患者组织基因芯片进行分析，发现差异表达的基因多富集于细胞周期和DNA复制等信号通路中，筛选出CDC45、MCM10、MCM3、MCM5、MCM2、CDC7、CDT1、CDC6、SMC2和NCAPG这 10个关键基因，其中复制起始蛋白质CDC45的高表达也提示鼻咽癌患者细胞中的DNA复制明显异于正常人组织细胞。最新研究指出，DNA解旋酶B与CDC45相互作用并促进CDC45与染色质结合，进而影响细胞周期；而CDC45基因的突变会引起Meier-Gorlin综合征和颅肩间窝骨折等病症[11-12]。因此，进一步探讨CDC45基因在鼻咽癌中高表达的调控机制显得尤为重要，希望在治疗癌症的道路上，CDC45能成为有效的药物新靶点。

参考文献