综合microRNA和基因表达谱分析

综合microRNA和基因表达谱分析

在肺癌新的肿瘤标记物和机制的研究

摘要

背景： microRNA（miRNA）在非小细胞肺癌诊断中准确性的研究仍有争议。因此，我们系统的识别非小细胞肺癌相关的miRNA，使用微阵列数据来观察目标基因改变。

方法：我们从非小细胞肺癌中，筛选出五组miRNAs，从基因表达数据库里，筛选出六组基因微列阵数据。

结果：我们研究表明，非小细胞肺癌中，有14对miRNA发生显著性变化。其中五对上调（miR-9，miR-708，miR-296-3p，miR-892b，miR-140-5p），9对下调（miR-584，miR-218，miR-30b，miR-522，miR-486-5p、miR-34c-3p，miR-34b，miR-516b，miR-592）。其诊断敏感性（SE）和特异性(SP)分别为82.6%和89.9%.有14对目标基因（P<0.05，倍数变化>2.0）和14对发现的miRNA显著相关，我们建立了一个受检者分类，使得验证有了较高的准确度（SE=0.987，SP=0.824）

结论：我们研究发现，综合的miRNA和目标基因对发现和识别非小细胞肺癌的生物标记物有价值，而且为发现非小细胞肺癌的机制提供了新的视角，此外，我们精心设计了实验，对目标基因相关的14种miRNA在非小细胞肺癌的预测和预后进行了研究。

前言：

在世界范围内，非小细胞肺癌因其高死亡率仍然是引起癌症死亡的主要原因之一，在2014年，其死亡率占到了癌症死亡人数的1/4.近年来，在很多研究报道了非小细胞肺癌鉴别诊断的潜在标记物，然而，精确的非小细胞肺癌的生物学标记物仍需摸索。

当前，microRNA （miRNA），一组小的非编码RNA的发现，为肿瘤的预测提供了新的视野，为肿瘤如非小细胞肺癌的初始筛选提供了新的方法。新的研究数据表明，miRNA在肿瘤中显著改变，和非小细胞肺癌的发生和发展有关。此外，由于miRNA的固有性质，它在标本中高度稳定，可提供更多的精准预测因素。以上发现表明，miRNA可作为非小细胞肺癌诊断的稳定的生物学标记物。

然而，一些独立的研究中，对此仍有不少争议，这往往通过不同的miRNA的表达谱的系统和平台解释。虽然他们分别证实了miRNA在肿瘤分化中的价值，然而收集资料系统的分析对进一步探讨miRNA作为非小细胞肺癌预测的标记物的适用性仍然是

必不可少的。

所以，我们的荟萃分析回答了一下3个问题：（1）是否有miRNA可以识别或抑制非小细胞肺癌组织。（2）和目标基因功能注释的潜在miRNA和通路是否有关系，（3）这些miRNA的靶向基因是否和非小细胞肺癌的起始和进程有关。

讨论：

研究中，我们主要关注利用miRNA数据集，是否可以将潜在的miRNA可以作为精准的生物标记物，从而从正常组织中来区分

出非小细胞肺癌，我们选择了5组微阵列数据集和陈列，来系统的识别区分非小细胞肺癌和控制的潜在的miRNA.

作为一个miRNA的组合，我们发现的前14种miRNA(包括TmiR-9, miR-584, miR-708, miR-218, miR-296-3p, miR-30b, miR-522, miR-486-5p, miR- 34c-3p,miR-892b, miR-34b, miR-516b, miR-140-5p, miR-592)，通过以更高的敏感性、更高的特异性和统计学上显著的路径测量，在区分对照和非小细胞肺癌案例中具有较精确的预测价值。报道中，异常表达的12种miRNA (miR-9, miR-584, miR-218, miR-296-3p, miR-486-5p, miR-34, miR-592, miR-30b, miR-708, miR-522, miR-516b, and miR-140- 5p)，除了miR-516b and miR- 892b，均可作为潜在的生物标记物，在癌症病人中具有诊断价值。从一定程度上来说，异常的miR-9表达通过抑制CBX7蛋白表达，有助于肿瘤细胞的侵袭。在非小细胞肺癌细胞中，MiR-140-5p使MMD蛋白水平明显降低，主要通过调节Erk1/2信号，致使细胞增殖。一些miRNA 如miR-584, miR-218, miR-486-5p, miR-34, miR-592, miR-30b, miR-522，其相对应的目标基因分别为CMBL/ PIP4K2A, Robol /BMI, ARHGAP5 KRAS/ PDGFR BMI1 [33], CCND3, Rab18, PHLPP1，和细胞的增殖迁移和入侵有关。值得注意的是,miR-296-3P和miR-708在不同的研究中表达不一，郭等人报道，miR-708通过抑制和死亡率增长有关的CCND1, EZH2, MMP2 Parp-1和Bcl2的表达，显著影响细胞增殖、入侵和转移。Lin KT等人报道，miR-708通过抑制Rap1B，减少整合素介导的粘附构成以及抑制细胞移行和受损转移，miR-708高表达的病人生存率也显著增高。同样，

Bai Y等人证实miR-296-3p通过抑制EAG1，降低了肿瘤细胞的生长，Liu X等人指出，miR-296-3p通过抑制了ICAM1的表达致使肿瘤转移。这些发现揭示了，这些基因/路径的改变是非小细胞肺癌的有意义危险因子

为了揭示miRNA和目标基因的相互作用，我们决定通过三种计算数据库，使用重叠的目标基因参考执行路径分析。富含1473个基因的前十个显著路径和肿瘤的起始和进展有关。

在我们以下的目标基因研究中，我们利用统计学工具，获得有用的把基因研究数据，随后保存重叠基因。我们发现，在非小细胞肺癌中，超过一半的目标基因有更好的FDR及更高的FC.基因网络展示了，这些基因和NSCLC密切相关，并且相互作用。

为了寻找敏感性和特异性更高的基因，我们建立起基于六个基因库设置的统计学分析模型。最终我们选出4组基因(KIAA, MMD, CBX7, 和 FAP)，作为新的非小细胞肺癌的诊断预测生物标记物，在训练组中，这些指标有96.7%的敏感度，88.1%的特异性，89.9%的阳性预测值，96.0%的阴性预测值，而在测试组中更有意义(敏感度 = 98.7%, 特异性= 82.4%, 阳性预测值 = 86.1%, 阴性预测值= 98.3%).近来有报道称指出，MMD，CBX7在肺癌增殖中起重要作用。值得注意的是KIAA基因仅仅作为冠心病的风险因子存在，没有报道说与肿瘤有关。我们的研究表明，KIAA和非小细胞肺癌的14个有价值的miRNA存在直接或间接的

联系。因此，基于miRNA和目标基因水平，我们建立了用于解释引发非小细胞肺癌的遗传和环境因素的假设模型。遗传和环境因素可以影响到miR-9, miR-584, miR-708, miR-218, miR-