結直腸癌和肺鱗癌預后相關基因的研究.pdf

1、本文主要從以下幾個方面進行論述：
　　第一部分 結直腸癌預后相關基因的研究
　　第一章:利用Spearman轉移模型尋找結直腸癌預后相關的免疫相關基因
　　免疫相關基因通過介導炎癥和免疫逃逸在結直腸癌發(fā)生發(fā)展過程中起到非常重要的作用。雖然人類在探求癌癥發(fā)病分子機制的過程中取得了巨大的進步，但是腫瘤的高度異質大大阻礙了人類對腫瘤復雜生物學進程的探索。胚胎發(fā)育和腫瘤進展在生物學行為及分子機制上有很多相似之處，這種相似性使胚

2、胎發(fā)育成為一種沒有顯著異質性卻可以研究腫瘤生物學行為的模型。
　　本研究中我們提出造成免疫基因內協(xié)同性失調（定義為在癌進展中基因間共表達模式的破壞）的免疫相關基因，可能包含許多結直腸癌的預后相關信息。我們首先建立了137例人類結直腸的基因分子表達譜，樣本涵蓋了人類結直腸胚胎發(fā)育、癌前和癌的不同階段。同時利用其中的60例樣本建立miRNA基因分子表達譜。我們首次提出Spearman轉移模型來量化人類結直腸從胚胎發(fā)育到癌前到癌變的轉化

3、過程中的協(xié)同性失調，并利用miRNA-mRNA分子調控網(wǎng)絡和機器學習算法識別具有預后信息的重要基因分子。我們最終找到12個免疫基因集合，在5套獨立的公共數(shù)據(jù)中驗證了這些基因對預后的預測價值。利用log-rank檢驗，這12個基因集合與4套數(shù)據(jù)的總生存顯著相關(GSE17536，n=177，p=0.0054:GSE17537，n=55，p=0.0039; GSE39582，n=562，p=0.13;GSE39084，n=70，p=0.11

4、)，并且與4套數(shù)據(jù)的無病生存顯著相關(GSE17536，n=177，p=0.0018;GSE17537，n=55，p=0.016;GSE39582，n=557，p=4.4e-05; GSE14333，n=226，p=0.032)。Cox回歸的結果證實這12個基因的表達水平是預后結直腸癌總生存(危害比:1.759;95％置信區(qū)間:1.126-2.746; p=0.013)和無病生存(危害比:2.116;95％置信區(qū)間:1.324-3.38

5、0;p=0.002)的獨立因素。
　　第二章:結直腸發(fā)育中上調的細胞周期相關基因可以預測晚期結直腸癌生存
　　腫瘤可以被理解為在器官發(fā)育的過程中產生了分子生物學上的嚴重失調的一種特殊的器官。胚胎發(fā)育和癌變進程的細胞學行為和內在分子事件上存在著驚人的相似性。這種并非偶然的相似性提示我們，胚胎發(fā)育可以作為研究腫瘤分子生物學行為，同時規(guī)避腫瘤異質性所帶來的干擾的一種理想模型。因此，基于全基因組分子表達譜，在胚胎發(fā)育中和癌階段同時上

6、調的或者同時下調的基因，可能蘊含重要的預后信息。本研究從基因表達數(shù)據(jù)庫(Gene Expression Omnibus，GEO)中下載1，539例結直腸癌樣本的表達譜數(shù)據(jù)。在660例結直腸癌和癌旁數(shù)據(jù)中利用meta分析的方法找到1，396個差異表達的探針。基于人類結直腸胚胎發(fā)育的數(shù)據(jù)，我們把這些差異表達探針分為27個模塊中，然后利用基因集富集分析(gene set enrichmentanalysis，GSEA)，我們在差異表達探針中找

7、到393個在胚胎發(fā)育和腫瘤中同時高表達的V探針和207個在胚胎發(fā)育和腫瘤中同時低表達的A探針。值得注意的是，V探針中有28個細胞周期相關的探針和Ⅲ/Ⅳ期結直腸癌患者的總生存顯著相關(GSE17536 cross validation, n=96, p=5.70e-03; GSE29621, n=36, p=1.70e-03;GSE39084, n=38, p=0.05; GSE39582, n=264, p=0.047; GSE1753

8、7, n=36, p=5.90e-03)。
　　第三章:受異常啟動子區(qū)甲基化和基因突變顯著影響的發(fā)育基因可以預測晚期結直腸癌的總生存
　　癌癥的發(fā)生和發(fā)展是一個及其復雜的生物學過程，包括基因組（如基岡突變，拷貝數(shù)變化）、DNA甲基化和轉錄組等很多層面的改變。因此，僅研究一個分子層面不足以解釋腫瘤復雜的分子生物學機制。利用TCGA(the Cancer Genome Atlas)公共數(shù)據(jù)庫的資源，我們對結直腸癌DNA拷貝數(shù)變化

9、，啟動子區(qū)域的甲基化，基因突變和基因表達等層面的數(shù)據(jù)進行了整合研究分析。在本研究中，我們通過各個基因層面上配對的樣本找到在不同層面發(fā)生顯著變化的差異表達基因。值得注意的是，GO(gene ontology)富集的結果顯示具有差異啟動子區(qū)甲基化的和具有基因突變的差異表達基因都可以顯著的富集到發(fā)育進程的GO term中，暗示胚胎發(fā)育和腫瘤進展有著密不可分的聯(lián)系。因此，利用重啟動隨機游走(random walk with restart)，我

10、們成功找到37個顯著的發(fā)育相關基因，并在5套獨立的表達譜芯片數(shù)據(jù)中進行驗證。Kaplan-Meier和Cox回歸分析的結果顯示這些基因的表達水平與Ⅲ/Ⅳ期結直腸癌的總生存顯著相關。
　　第二部分 肺鱗癌預后相關基因研究
　　肺鱗癌目前在臨床中沒有有效的靶向藥物。因此對肺鱗癌，尤其是肺鱗癌癌前階段的分子生物學改變的研究十分必要，這可能會為尋找重要的作用靶點或者靶向藥物的開發(fā)起到巨大的推進作用。另外胚胎發(fā)育和癌變階段在細胞生物學

11、行為和分子特異性改變上有很多相似之處。腫瘤可以理解為一個在正常發(fā)育過程中出現(xiàn)嚴重異常的器官，暗示著胚胎發(fā)育可以作為一種研究腫瘤生物學行為的模型。
　　在本研究中，我們收集了10個時間點人類肺組織，涵蓋了從胚胎發(fā)育到癌前到癌形成的各個階段，并建立了基因分子表達譜。我們找到癌前和癌階段一致差異表達的基因，結合基于先驗網(wǎng)絡的貪婪搜尋算法，利用69例具有預后信息的肺鱗癌手術樣本作為訓練樣本，成功的找出一個含有22個基因的最優(yōu)子網(wǎng)。這22個