引用本文
毕娅琼, 陈松, 蒋佳志, 石宏杰, 李胜. CDCA8基因表达与膀胱癌患者临床病理和预后的相关性[J]. 武警医学, 2018,29(8): 750-754
BI Yaqiong, CHEN Song, JIANG Jiazhi, SHI Hongjie, LI Sheng. Expression of CDCA8 in bladder cancer and its clinical significance[J]. Medical Journal of the Chinese People's Armed Police Forces, 2018,29(8): 750-754  
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Copyright©2018, 《武警医学》编辑部
CDCA8基因表达与膀胱癌患者临床病理和预后的相关性
毕娅琼1, 陈松2, 蒋佳志1, 石宏杰3, 李胜3,4
430071,武汉大学中南医院:1.第二临床学院,2.泌尿外科,3.生物样本库,4.精准医学实验室
通讯作者：李 胜,E-mail:lisheng-znyy@whu.edu.cn

作者简介:毕娅琼,本科学历。

收稿日期: 2017-11-20
基金资助: 中央高校基本科研业务费专项资金资助(2042018kf0077); 武汉大学珞珈青年学者科研基金(351人才计划)
摘要

目的 探讨膀胱癌患者CDCA8基因的表达情况和CDCA8基因与膀胱癌的临床病理相关性及预后相关性,预测CDCA8是如何推动膀胱癌发生、发展及其机制。方法 从NCBI(National Center for Biotechnology Information)的GEO数据库中下载膀胱癌基因表达数据GSE13507,采用非配对 t检验分析CDCA8在膀胱癌中的表达情况, χ2检验分析CDCA8表达与膀胱癌患者临床病理指标的相关性,Log-rank检验用于预后生存分析;利用基因富集分析(GSEA)方法,分析CDCA8高表达样本的富集基因及受CDCA8调控的相关基因。结果 膀胱癌中CDCA8表达水平明显高于正常膀胱组(8.87±0.08 vs 7.47±0.07, P<0.0001);CDCA8的表达与膀胱癌患者的年龄( P=0.027)、性别( P=0.04)及膀胱癌的疾病进展( P=0.001)、T分期( P<0.0001)、N分期( P=0.013)、不同分级( P<0.0001)密切相关;CDCA8高表达组膀胱癌患者的肿瘤特异性生存期明显短于CDCA8低表达组( P<0.0001, HR=0.5177, 95% CI: 13.4018.10),且CDCA8高表达组膀胱癌患者的总生存期亦短于CDCA8低表达组( P<0.0001, HR=0.09906, 95% CI: 5.97116.38);CDCA8可能调控与精子形成、G2M检查点、E2F信号通路、未折叠蛋白反应、MYC信号通路、MTORC1信号通路、有丝分裂纺锤体形成、PI3K/AKT/mTOR通路、胆固醇平衡、糖酵解相关的基因集。结论 CDCA8在膀胱癌组织中显著高表达,且与膀胱癌的恶性程度和发生进展相关,高表达CDCA8的膀胱癌患者临床预后更差,可能作为潜在的判断膀胱癌患者疾病进展的标志物和治疗膀胱癌的靶标。

关键词: 膀胱癌; CDCA8; 临床意义
中图分类号:R737.14
Expression of CDCA8 in bladder cancer and its clinical significance
BI Yaqiong1, CHEN Song2, JIANG Jiazhi1, SHI Hongjie3, LI Sheng3,4
1.The Second Clinical College, 2. Department of Urology, 3.Biological Repositories, 4.Precision Medicine Laboratory, Zhongnan Hospital of Wuhan University,Wuhan 430071,China
Abstract

Objective To investigate the expression of CDCA8 in bladder cancer (BC), to clarify the relationships between CDCA8 expressions and clinicopathological characteristics of BC and the prognostic value of CDCA8 in BC, and to evaluate the mechanism of CDCA8 in BC.Methods The bladder cancer sample expression profiles including CDCA8 expression data and its clinical information were downloaded from GEO datasets. The expression of CDCA8 in bladder cancer was analyzed by non-paired t test. The correlations between CDCA8 gene expression and the clinicopathologic features were analyzed by Chi-square test. Overall survival and specific survival were analyzed using Log-rank method. GSEA(gene set enrichment analysis)was conducted to explore the associated gene sets regulated by CDCA8.Results The expression of CDCA8 was up-regulated in BC (8.870±0.08281 vs 7.472±0.07035, P<0.0001). CDCA8 expression was significantly associated with age( P=0.027), gender( P=0.04), progression(P=0.001),T stage( P<0.0001), N stage( P=0.013)and grade( P<0.0001). Higher expressions of CDCA8 predicted both poor specific survival in BC( P<0.0001, HR= 0.5177, 95% CI: 13.40-18.10) and poor overall survival in BC( P<0.0001, HR=0.09906, 95% CI: 5.971-16.38). The results of GSEA indicated that CDCA8 regulated gene sets associated with spermatogenesis, G2M checkpoint, E2F targets, Myc targets, mTORC1 signaling, mitotic spindle angiogenesis, PI3K/AKT/mTOR signaling, cholesterol homeostasis and glycolysis.Conclusions CDCA8 is highly expressed in BC, correlated with worse clinicopathological features and acts as a prognostic marker and target in the diagnosis and treatment of patients with BC.

Keyword: bladder cancer; CDCA8; clinical significance

膀胱癌是泌尿外科常见的恶性肿瘤之一, 易复发且预后较差, 临床上患者的TNM分期不同, 预后就有很大差别, 在TNM分期中, T分期是衡量肿瘤体积大小的重要指标, 而肿瘤的大小与肿瘤细胞的增殖分裂能力有密切联系[1], 若阻断细胞生长合成的任一周期, 细胞的增殖将被抑制, 肿瘤的生长将受到阻滞[2]。肿瘤一般都具有过度生长增殖及突变的特点, 而使多种癌基因激活和抑癌基因失活[3]。研究还发现, 细胞周期相关基因及物质代谢相关基因的异常表达可能会导致肿瘤的发生[4]。染色体过客复合物(chromosomal passenger complex, CPC)是细胞增殖分裂中的重要结构, 由四种成分构成:INCENP、Survivin、Aurora B、Borealin/DasraB。CPC组分蛋白的过表达可使CPC功能紊乱, 引起细胞分裂异常、非整倍体形成, 从而加速肿瘤的发生与发展[5, 6]。人类细胞分裂周期相关基因8(cell division cycle associated 8, CDCA8)编码的蛋白称为Borealin/DasraB, CDCA8是一个细胞周期调节基因, 它在定位CPC到着丝粒、纠正动粒结合错误、稳定双极纺锤体等方面发挥重要作用[7]。对CDCA8基因的表达分析结果显示, 其在肿瘤细胞和未分化的人类胚胎干细胞(human embryonic stem cells, hESCs)中高表达, 在正常细胞中无表达或有微弱表达[8, 9, 10]。CPC的组成成分Survivin和Aurora B在多种肿瘤中高表达, 而CPC的另外两个成分CDCA8和INCENP在肿瘤中的表达情况研究还相对较少[11]。本研究旨在探究CDCA8在膀胱癌中的表达情况和CDCA8与膀胱癌的临床病理相关性及预后相关性, 并使用基因集富集分析(gene set enrichment analysis, GSEA), 预测CDCA8在膀胱癌中调控的信号通路, 为进一步研究其在肿瘤发生发展中的作用机制及可否作为治疗靶点提供线索和思路。

1 资料与方法
1.1 数据资料来源

从NCBI的GEO数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo)中下载GSE13507(非配对样本, 膀胱癌组织165例)[12, 13]基因表达矩阵。在GSE13507中, CDCA8基因对应的探针为ILMN_1709294。

1.2 临床相关性研究方法

根据CDCA8在该数据集中表达水平的中位数, 将膀胱癌患者分为CDCA8高表达组和低表达组, 分析两组中CDCA8与膀胱癌的临床病理相关性。

1.3 基因集富集分析

首先将肿瘤组织样本根据CDCA8表达水平分为高、低表达两组, 再通过GSEA富集分析研究CDCA8的表达水平影响的生物通路基因集。采用GSEA3.0版本进行分析。从GSEA网站MsigDB数据库中获得的基因集“ h.all.v6.0.symbols.gmt” 作为参照基因集, 置换次数为1000次。通过GSEA, 分析CDCA8表达水平影响的生物通路基因集, 初步探究CDCA8对膀胱癌患者可能的作用机制。

1.4 作图及统计学处理

统计学处理及作图软件均使用GraphPad Prism 6。使用两独立样本t检验分析正常膀胱组织和膀胱癌组织中CDCA8表达差异, CDCA8表达值以 x̅± s表示, 以P< 0.05为差异具有统计学意义; 采用χ 2检验分析CDCA8高表达组和CDCA8低表达组与膀胱癌患者的临床病理相关性; 使用Log-rank法对CDCA8高表达组和CDCA8低表达组膀胱癌患者进行生存期分析; 在GSEA中, 将P< 0.05及错误发现率(false discovery rates, FDR)< 0.25的基因集作为显著富集的基因集。

2 结 果
2.1 CDCA8的表达情况

正常膀胱组织中CDCA8的表达(7.47± 0.07)明显低于膀胱癌组织(8.87± 0.08), 差异有统计学意义(P< 0.0001)。

2.2 CDA8与膀胱癌的临床病理相关性

在膀胱癌样本数据集GSE13507中, CDCA8高表达与膀胱癌患者的年龄、性别, 膀胱癌的疾病进展、T分期、N分期、不同分级密切相关(表1)。

表1 CDCA8基因表达与膀胱癌患者的临床病理相关性(GSE13507)(n; %)
2.3 CDCA8与膀胱癌患者的预后相关性

在膀胱癌样本数据集GSE13507中, CDCA8高表达组膀胱癌患者的肿瘤特异性生存期明显短于CDCA8低表达组(HR=0.5177, 95% CI: 13.4018.10, P< 0.0001, 图1A), 且CDCA8高表达组膀胱癌患者的总生存期亦低于CDCA8低表达组(HR=0.09906, 95% CI: 5.97116.38, P< 0.0001, 图1B)。

图1 CDCA8表达水平与膀胱癌患者预后的关系
A.特异性生存曲线; B.总生存曲线(图B)

2.4 CDCA8高表达的基因集富集分析(GSEA)

CDCA8高表达的肿瘤样本富集了与精子形成、G2M检查点、E2F信号通路、未折叠蛋白反应、MYC信号通路、MTORC1信号通路、有丝分裂纺锤体形成、PI3K/AKT/mTOR通路、胆固醇平衡、糖酵解有关的基因(表2), 说明CDCA8可能通过调节膀胱癌患者的以上生物学过程或通路等方式, 进而影响膀胱癌的发生及发展。

表2 CDCA8高表达的膀胱癌样本富集的基因集(GSE13507)
3 讨 论

膀胱癌作为泌尿系统最常见的肿瘤之一, 其复发率较高, 这与肿瘤细胞的增殖能力密切相关。膀胱癌细胞的增殖能力越强, 则手术后越容易复发, 复发次数增多, 膀胱癌的恶性程度也增高[14]。CPC在细胞分裂中的调控是基本的调控器, CPC在精确调控细胞及细胞核的正常分离和分裂起重要作用, 因此重要的抗癌药物开发工作集中在CPC上[15]。CDCA8是CPC的组成成分之一, 是Walker[16]在分析与已知的细胞周期基因共表达的基因时首先发现的, 在细胞增殖及调控中CDCA8均发挥重要作用。CDCA8编码的蛋白为Borealin/DasraB, 其在胚胎干细胞中高表达, 可能与干细胞维持全能性相关。研究发现CDCA8在胚胎干细胞、肿瘤细胞中转录活性增强, 当敲除CDCA8基因后可抑制人类胚胎干细胞、结肠癌及肺癌细胞的增殖[17, 18, 19]。在胃癌、结肠癌及肺癌中CDCA8的高表达提示肿瘤预后风险不佳[20, 21, 22, 23, 24]。但CDCA8在膀胱癌中的表达及其作用机制国内研究相对较少, 本研究利用GEO公共数据库, 研究CDCA8在膀胱癌中的表达水平及其病理相关性、预后相关性和其可能调控的生物学通路, 为进一步探讨研究其在膀胱癌中作用机制提供依据及思路。

本研究结果提示, CDCA8在膀胱癌组织中的表达水平明显高于正常组织中的表达水平, 表明CDCA8的高表达与膀胱癌的发生发展有关; CDCA8高表达组与膀胱癌患者的年龄、性别、疾病进展、T分期、N分期及分级明显相关, 说明CDCA8与膀胱癌的恶性程度密切相关; 生存分析提示CDCA8高表达膀胱癌患者的肿瘤特异性生存期和总生存期明显低于CDCA8低表达组的膀胱癌患者, 说明CDCA8高表达可影响膀胱癌患者的生存期, 与患者的复发与术后早期死亡有关, 有望成为评估患者预后的指标之一。

GSEA结果表明CDCA8可能通过影响多种与细胞分裂周期有关的生物学过程来调节肿瘤细胞的增殖, 如:精子形成、G2M检查点、未折叠蛋白反应、有丝分裂纺锤体形成, 且CDCA8还富集了E2F信号通路、MYC信号通路、MTORC1信号通路、PI3K/AKT/mTOR通路, 这些信号通路均与细胞增殖分裂相关。此外胆固醇平衡、糖酵解有关的生物学过程可影响肿瘤细胞的物质代谢过程, 进而促进肿瘤细胞的生长。CDCA8在肿瘤细胞中的高表达, 可能导致CPC组分蛋白过表达, 进而使CPC功能紊乱, 无法正常发挥其在有丝分裂中的修复及调节作用, 从而促进肿瘤的生长, 这与上述细胞周期相关基因及物质代谢相关基因的异常表达可能会导致肿瘤的发生结论一致[4]。

以上结果提示, CDCA8表达水平可能是膀胱癌患者独立预后因素, 且CDCA8与膀胱癌患者的发生发展及恶化密切相关, CDCA8可促进膀胱癌的发生发展过程。可通过检测患者的CDCA8水平评估患者的病程进展, 且CDCA8有望作为膀胱癌患者靶向治疗的作用靶点。但CDCA8是如何影响以上生物学通路的机制还需要进一步的研究, 能否作为患者的独立预后因素尚需大量临床研究。

The authors have declared that no competing interests exist.

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