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目的:应用基因芯片技术在组织样本中初步筛选与直肠癌新辅助放化疗敏感性相关的基因,并通过荧光定量PCR和免疫组织化学分别在mRNA水平和蛋白水平进一步验证候选基因,从而发现在直肠癌新辅助放化疗敏感性预测方面有价值的预测因子。方法:第一部分:收集直肠癌患者新辅助放化疗前的活检组织样本共16例,按照术后病理分期将其分为病理完全缓解组(pCR组)和未达病理完全缓解组(npCR组),每组8例。采用Human Genome GeneChip plus U133 2.0 Array芯片进行基因表达谱分析。使用Significance Analysis of Microarrays(SAM)筛选pCR组和npCR组之间的差异表达基因,确定候选基因;利用DAVID Bioinformatics Resources 6.7进行KEGG通路分析和GO生物学功能分析。第二部分:收集另一批直肠癌患者新辅助放化疗前的活检组织样本共95例,按照术后病理分期将其分为两组,其中pCR组27例,npCR组68例。选取其中63例样本,应用荧光定量PCR对候选基因的mRNA表达水平进行验证;选取其中52例样本,应用免疫组织化学方法对荧光定量PCR验证有差异的候选基因进行蛋白表达水平的验证。使用SPSS 19.0对数据进行统计学分析。结果:第一部分:通过全基因组表达谱芯片分析,我们得到在pCR组和npCR组之间的表达有差异的839个基因,其中362个基因在表达下调,477个基因表达上调。KEGG通路的分析结果显示,差异表达的基因主要与9个基因通路密切相关,包括免疫相关通路如抗原处理与提呈,代谢相关通路如胰岛素通路以及核糖体相关通路。GO分析的结果显示,差异表达基因主要与95个生物学反应过程相关,包括翻译、免疫应答、凋亡、蛋白运输、炎性反应等。通过进一步限定P值(P<0.01)和Fold change值(FC<0.5或FC>2),我们得到7个候选的差异表达基因,分别为CHFR、CXCL10、CXCL9、GBP1、HOXB8、HPGD和PLA2G7。第二部分:对荧光定量PCR的结果分析发现,CHFR、CXCL9、HOXB8、HPGD和PLA2G7 mRNA的平均表达水平在pCR组和npCR组之间的差异没有统计学意义(P>0.05),CXCL10和GBP1 mRNA的平均表达水平在pCR组和npCR组之间差异具有统计学意义(P<O.05)。用二分类法将各基因的mRNA表达水平分为高表达组和低表达组后进行了卡方检验,结果显示,CXCL9、HOXB8、HPGD和PLA2G7表达水平在pCR组和npCR组之间的差异没有统计学意义(P>0.05),CHFR、CXCL10和GBP1 mRNA的表达水平在pCR组和npCR组之间差异具有统计学意义(P<0.05)。其中,CHFR, CXCL10或GBP1高表达的患者对新辅助放化疗的敏感性可能较好(OR:3.13,95% CI:1.00-9.77; OR:4.45,95% CI: 1.36-14.59; OR:3.90,95% CI: 1.19-12.84).受试者工作特征曲线(ROC)分析结果显示,CHFR、CXCL10和GBP1的曲线下面积(AUC)分别为0.68,0.72和0.69。CXCL10和GBP1的蛋白表达水平在pCR组和npCR组之间差异没有统计学意义(P>0.05)。结论:1.通过全基因组表达谱芯片初步筛选直肠癌新辅助放化疗敏感性相关基因,同时使用荧光定量PCR对芯片结果进行大样本验证,有助于发现新的具有预测价值的基因,了解其可能的生物学功能和通路,为研究这些基因在直肠癌新辅助放化疗中的功能和作用机制奠定了基础。2.本研究首次发现7个直肠癌新辅助放化疗敏感性相关基因,其中CHFR、 CXCL10和GBP1的mRNA表达水平可能在直肠癌新辅助放化疗敏感性预测方面具有潜在价值。3.与蛋白表达水平相比,CXCL10和GBP1的mRNA表达水平可能会更加灵敏地预测直肠癌新辅助放化疗敏感性。