乙醇脱氢酶和乙醛脱氢酶基因家族在胃癌中的临床应用价值及ALDH4A1的机制探索

目的本研究通过利用TCGA数据库和KM plotter数据库进行分析ADH/ALDH基因家族,探索ADH/ALDH基因家族在胃癌中诊断和预后价值。材料和方法从UCSC Xena数据库中下载胃癌TCGA临床资料,从TCGA数据库下载RNA测序数据。使用TCGA数据库胃癌和癌旁边组织m RNA表达量进行非配对t检验,绘制癌与癌旁比较散点图和ROC曲线图;利用TCGA队列中胃癌ADH/ALDH基因m RNA表达量与临床生存时间进行单因素分析和多因素Cox回归模型生存分析,临床病理参数进行分层分析;最后在Kaplan–Meier plotter（KM plotter）数据库中验证ADH/ALDH基因家族与胃癌预后关系。结果经过函数Log2计算375例胃癌与32例癌旁组织ADH/ALDH基因m RNA表达量后,独立样本t检验结果显示,胃癌组织ADH1B、ADH1C、ADH4、ADH5、ADH7、ALDH1A1、ALDH1A2、ALDH1L1、ALDH2、ALDH3A1、ADH3B2、ALDH4A1、ALDH6A1、ALDH7A1、ALDH8A1和ALDH9A1基因m RNA表达量均低于癌旁组织。TCGA数据库351例胃癌ADH/ALDH基因m RNA单因素分析结果显示,ALDH4A1和ALDH5A1m RNA高表达胃癌病人生存时间与低表达者比较,差异有统计学意义,分别为P=0.027,P=0.031,临床病理中年龄、TNM分期、机体瘤负荷、放疗、手术根治程度和分子靶向治疗6个参数均P<0.05,将其纳为多因素Cox回归生存分析校正因素后分析结果显示ALDH4A1和ALDH5A1 m RNA高表达组病人比低表达者生存时间更长,差异具有显著统计学意义,分别为HR,0.65;95%CI,0.43-0.96;P=0.032和HR,0.53;95%CI,0.35-0.80;P=0.003。KM plotter数据库胃癌ADH/ALDH基因m RNA多因素生存分析结果显示,ALDH4A1（Affymetrix ID:211552sat）、ALDH5A（Affymetrix ID:1203609sat）高表达胃癌病人,比低表达者有着更长的生存时间;分别为HR:0.78;95%CI,0.65-0.95;P=0.012和HR:0.78,95%CI,0.63-0.96;P=0.018。结论1.ADH1B、ADH1C、ADH4、ADH5、ADH7、ALDH1A1、ALDH1A2、ALDH1L1、ALDH2、ALDH3A1、ADH3B2、ALDH4A1、ALDH6A1、ALDH7A1、ALDH8A1和ALDH9A1基因m RNA表达量均低于癌旁组织,其可能在胃癌的发生发展中起抑制作用。2.TCGA数据库和KM plotter数据库胃癌ALDH4A1/ALDH5A1 m RNA高表达病人的生存时间比低表达者更长,在基因水平上验证了其在胃癌的发生发展中有抑制作用。目的使用第一部分筛选出与胃癌预后相关的ALDH4A1/ALDH5A基因进行广西医科大学附属肿瘤医院胃癌病例免疫组化验证,明确ADH/ALDH基因与胃癌临床诊断和预后相关性。材料和方法收集广西医科大学附属肿瘤医院具备完善临床病理预后资料的胃癌病例,使用免疫组化检测胃癌与癌旁组织中ALDH4A1/ALDH5A1与胃癌预后相关的基因表达情况,使用独立样本t检验进行比较差异性,绘制散点图和或ROC曲线图进行分析比较组织着色强度评分、染色阳性细胞率评分和半定量评分三者染色情况;最后进行在胃癌组织中这些基因免疫组化表达的生存分析。结果广西医科大学附属肿瘤胃癌组织161例和胃癌旁边正常组织36例免疫组化ALDH4A1/ALDH5A1着色强度评分、染色阳性细胞率评分和半定量评分进行独立样本t检验比较后绘制散点图,均无P<0.05。在单因素生存分析中,本院胃癌ALDH4A1免疫组化表达阳性病人,比阴性者的生存时间更长,P=0.031;校正了胃癌病例临床病理参数中肿瘤部位、组织分化、TNM分期、化学治疗均与生存相关（P<0.05）多因素Cox模型生存分析,胃癌病例ALDH4A1免疫组化表达阳性病人的生存时间与阴性者相比,差异没有统计学意义（P=0.598）,但其趋向于阳性表达者的生存时间更长（HR,0.82;95%CI,0.39-1.72）;本院胃癌ALDH5A1免疫组化表达阴阳性生存时间对比,无论在单因素还是多因素Cox模型生存分析,差异均无统计学意义。结论胃癌ALDH4A1免疫组化表达阳性的病人,比阴性者生存时间更长,在蛋白水平上,进一步验证其在胃癌的发生发展过程中有抑制作用。目的为了进一步了解ADH和ALDH基因在胃癌中的功能,本研究第三部分是根据第一和第二部分筛选出与胃癌预后相关的ALDH4A1基因,有针对性地利用生物信息学工具对其在胃癌中的功能进行前瞻性探索。材料和方法使用TCGA全基因组表达谱数据与ALDH4A1基因进行皮尔森相关分析,筛选出在胃癌组织中的共表达基因。然后使用这些共表达基因在DAVID上进行Gene ontology（GO）、Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes（KEGG）功能富集分析,同时还利用STRING和Gene MANIA验证这些基因的互作关系。最后在胃癌TCGA全基因组数据中,按筛选出来的基因高低表达进行分组,进行单基因Gene Set Enrichment Analysis（GSEA）分析。结果胃癌TCGA全基因组表达谱数据与ALDH4A1皮尔森相关分析结果显示,782个基因与ALDH4A1在胃癌组织中具有共表达关系。胃癌TCGA全基因组中ALDH4A1及其共表达基因GO Term分析结果显示,其在参与保护细胞避免受到氧化刺激、蛋白结合、调节细胞迁移、细胞外泌体、GTPase介导的信号转导等有参与作用,KEGG功能富集分析结果显示其参与了Hippo、Rap1和Wnt等信号通路。胃癌TCGA全基因组中ALDH4A1及其共表达基因的基因共表达互作网络关系在STRING网站和Gene MANIA分析上结果显示,ALDH4A1与其共表达基因存在着复杂的直接或间接互作调控关系。ALDH4A1在胃癌TCGA全基因组数据中的单基因GSEA分析结果显示,在c5数据集高表达ALDH4A1对比低表达,其肿瘤组织富集了发挥NAD（P）+依赖性酶作用保护生物器官避免受氧化刺激、损伤及错配修复、保持DNA复制稳定、沉默基因等功能,说明了ALDH4A1高表达有抗肿瘤发生发展的作用。在c2数据集高表达ALDH4A1对比低表达,其肿瘤组织富集了错配修复、肿瘤转移负性调节、EGFR信号下调、MYC和TFRC信号通靶点下调、说明了ALDH4A1高表达有抑制肿瘤生长和转移的作用。结论ALDH4A1基因在胃癌TCGA全基因组表达谱数据相关分析、共表达分析、富集功能显示大量表达水平相同或相反的基因共同发挥修复、调控、转导、保护等复杂基因功能,胃癌的发生发展可能是由多个基因或信号通路共同调控形成。ALDH4A1基因在胃癌发生发展过程中起到了抑制作用。