卵巢癌肿瘤微环境关键基因遴选及守正创新中药方预测
Selection of key genes in microenvironment of ovarian cancer and prediction of innovative traditional Chinese medicine prescriptions for maintaining integrity
摘要目的 通过生物信息学技术遴选干预卵巢癌的关键基因并分析其临床价值,结合中医理论预测潜在治疗OV的守正创新中药组方并分析其作用机制.方法 首先,从TCGA数据库下载卵巢癌活检基因表达数据,使用Estimate计算肿瘤微环境中基质得分(stromal score),以中位数为标准分为高、低评分2组,采用Limma包以|log2(fold change)|>2、P<0.05为标准筛选显著差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),通过ClusterProfiler包对DEGs进行基因本体(gene ontology,GO)功能和京都基因与基因百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)通路富集分析.DEGs导入STRING数据库中进行蛋白互作网络分析,结果通过Cytoscape中插件MCODE、cytoHubba分析获取关键基因.其次,从生存分析、差异表达、免疫细胞浸润、基因集变异分析(gene set variation analysis,GSVA)评分等角度验证关键基因的临床价值.最后,将关键基因导入Coremine Medical数据库预测具有潜在治疗作用的创新中药组合,基于卵巢癌病机筛选核心中药用药模式及药味作为守正中药组合,整合2部分作为守正创新中药方,采用中药复方网络药理学的方法分析其作用机制.结果 获取卵巢癌患者活检数据381例,以中位基质得分(-312.742 068 5)分为低(190例)、高(191例)2组,筛选得到DEGs202个.GO富集分析显示DEGs主要干预体液免疫应答、补体激活、吞噬功能等生物过程;免疫球蛋白复合物、质膜组成、T细胞受体复合物等细胞组成;抗原结合、免疫球蛋白受体结合、整合素结合等分子功能.KEGG富集分析显示DEGs主要干预信号分子和相互作用、免疫系统、运输和分解代谢等功能信号通路.蛋白互作及MCODE、cytoHubba筛选得 V 型胶原 α1(collagen type V alpha 1,COL5A1)、纤维连接蛋白(fibronectin,FN1)、Ⅺ 型胶原 α1(collagen type Ⅺ alpha 1,COL11A1)、Ⅰ 型胶原 α2(collagen type Ⅰ alpha 2,COL1A2)、原纤蛋白 1(fibrillin 1,FBN1)、Ⅰ 型胶原 α1(collagen typeⅠ alpha 1,COL1A1)、核心蛋白聚糖(decorin,DCN)、V 型胶原 α2(collagen type Ⅴ alpha 2,COL5A2)、Ⅲ 型胶原 α1(collagen type Ⅲ alpha 1,COL3A1)、基膜聚糖(lumican,LUM)10个关键基因.临床价值分析显示,关键基因表达显著影响卵巢癌患者无进展生存期、总生存期、进展后生存期.与正常群体相比,LUM、COL5A1、COL5A2、DCN、FBN1表达显著增高,COL11A1显著降低,主成分分析显示关键基因表达可将正常人和卵巢癌患者分为2组.关键基因-GSVA-免疫细胞浸润关联分析显示,关键基因表达、GSVA评分与免疫细胞浸润评分显著相关且与多种免疫细胞均显著相关.预测得创新部分中药组合为南木香、千层塔、茺蔚子、猫爪草、杜仲、肿节风、红娘子、预知子、堇菜、鹿角,守正部分中药组合为川芎、甘草、半夏、黄芩、当归、熟地黄、桔梗、大黄、茯苓.网络药理学分析显示,守正创新中药方包含化合物2 199个,对应去重后靶蛋白1 749个,与DEGs交集34个.GO和KEGG富集分析显示交集靶蛋白主要通过干预白细胞分化、血管生成、白细胞趋化等生物过程;胶原蛋白Ⅺ型三聚体、含胶原蛋白的细胞外基质等细胞组成;血小板衍生生长因子结合、趋化因子活性、糖胺聚糖结合等分子功能;糖尿病并发症中的晚期糖基化终产物-晚期糖基化终产物受体(advanced glycation end products-receptor for advanced glycosylation end products,AGE-RAGE)、白细胞跨内皮迁移、血管平滑肌收缩、癌症蛋白多糖、蛋白质的消化和吸收、松弛素、ECM与受体的相互作用等信号通路表达作用于肿瘤微环境.结论 基质细胞与卵巢癌发生发展过程中免疫应答、物质转运、耐药、能量代谢等生物过程密切相关,靶向基质细胞为卵巢癌治疗提供可行策略,中药"多成分、多靶点、多机制"的作用特性与其相适应,为靶向肿瘤微环境的现代中药复方开发提供思路.
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