本文關(guān)鍵詞：前列腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的生物信息學(xué)分析及功能預(yù)測(cè)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

南方醫(yī)科大學(xué)２０１１級(jí)博士學(xué)位論文

前列腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的生物信息學(xué)分析及功能預(yù)測(cè)ＢｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆ

ＰｒｏｓｔａｔｅＣａｎｃｅｒＭｅｔａｓｔａｓｉｓＲｅｌａｔｅｄＧｅｎｅｓ

課題來(lái)源：自選

學(xué)位申請(qǐng)人

導(dǎo)

專(zhuān)

培

培

所師業(yè)李鐵求毛向明教授外科學(xué)（泌尿外科）臨床型博士姓名名稱(chēng)型養(yǎng)養(yǎng)在類(lèi)層次院學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院

黃健教授

丘少鵬教授答辯委員會(huì)主席答辯委員會(huì)委員

周芳堅(jiān)教授

鄭少斌教授

齊桓副教授

論文評(píng)閱人鄧春華教授

韋安陽(yáng)教授

譚萬(wàn)龍教授

２０１４年３月２０日廣州

博士學(xué)位論文

前列腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的生物信息學(xué)分析

及功能預(yù)測(cè)

博士研究生：李鐵求

指導(dǎo)老師：毛向明教授

摘要

前列腺癌（ｐｒｏｓｔａｔｅｃａｌｌｃｅｒ，ＰＣａ）是危害男性健康最常見(jiàn)的腫瘤之一，其發(fā)病率在美國(guó)居男性惡性腫瘤之首，占男性死亡原因的第二位，在中國(guó)前列腺癌的發(fā)病率遠(yuǎn)低于西方國(guó)家，然而，近２０年來(lái)，我國(guó)前列腺癌的發(fā)病率也呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)，并且發(fā)病年齡也日趨年輕化，可能與生活方式、壽命延長(zhǎng)、人口老齡化以及診斷技術(shù)的提高有關(guān)。前列腺癌多發(fā)生在外周帶，早期無(wú)特異性癥狀，病變發(fā)展到晚期，則多發(fā)生局部浸潤(rùn)或遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，盆腔淋巴結(jié)是ＰＣａ最早轉(zhuǎn)移部位，而骨骼是常見(jiàn)轉(zhuǎn)移部位。局限性的ＰＣａ患者５年生存率幾乎１００％，而發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的ＰＣａ患者５年生存率下降到約為２９％，前列腺癌患者一旦發(fā)生轉(zhuǎn)移不僅預(yù)后差，而且嚴(yán)重影響其生活質(zhì)量。骨轉(zhuǎn)移是前列腺癌重要的臨床特征和主要致死原因，美國(guó)死于前列腺癌的患者中，８０％以上合并骨轉(zhuǎn)移。前列腺癌骨轉(zhuǎn)移可導(dǎo)致患者發(fā)生骨痛、病理性骨折、脊髓壓迫、活動(dòng)受限等骨相關(guān)事件（ｓｋｅｌｅｔａｌｒｅｌａｔｅｄｅｖｅｎｔｓ，ＳＩ迮ｓ）。前列腺癌骨轉(zhuǎn)移診斷主要依賴(lài)Ｘ片、ＣＴ以及Ｍ對(duì)等影像學(xué)檢查，骨掃描是前列腺癌轉(zhuǎn)移診斷的最重要的診斷方法，骨掃描通過(guò)放射性追蹤劑顯示區(qū)分正常和異常骨活動(dòng)，當(dāng)懷疑骨轉(zhuǎn)移、前列腺癌患者出現(xiàn)臨床癥狀或者治療過(guò)程中ＰＳＡ升高應(yīng)考慮行骨掃描進(jìn)一步檢查。雄激素與正常前列腺細(xì)胞與前列腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)存在密切關(guān)系，目前，內(nèi)分泌治療目前仍是轉(zhuǎn)移性前列腺的最有效治療手段，其目的在于減少或消除雄激素對(duì)前列腺生長(zhǎng)的促進(jìn)作用，從而緩解轉(zhuǎn)移性前列腺癌的癥狀。內(nèi)分泌治療通常包括手術(shù)去勢(shì)與藥物

中文摘要

去勢(shì)。藥物去勢(shì)通過(guò)使用雌激素類(lèi)藥物、抗雄激素類(lèi)藥物或黃體素釋放激素類(lèi)似物等藥物以阻斷雄激素與雄激素受體的結(jié)合或減少體內(nèi)雄激素的產(chǎn)生。轉(zhuǎn)移性前列腺癌患者的內(nèi)分泌治療屬于姑息治療。其治療目的主要是在于減少或消除雄激素對(duì)前列腺生長(zhǎng)的促進(jìn)作用，控制前列腺癌的進(jìn)展，減少相關(guān)癥狀，提高生活質(zhì)量，目前對(duì)于臨床醫(yī)師來(lái)講其治療仍舊是巨大的挑戰(zhàn)。前列腺癌轉(zhuǎn)移是一系列復(fù)雜而有序的過(guò)程，其臨床表現(xiàn)及轉(zhuǎn)歸也不盡相同，對(duì)轉(zhuǎn)移機(jī)制的研究尚待繼續(xù)深入。與此同時(shí)，遺傳學(xué)及分子生物學(xué)研究正努力尋找敏感、有效的判斷腫瘤發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移的標(biāo)記物，用于臨床指導(dǎo)治療方案的選擇，為前列腺癌治療的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

前列腺癌轉(zhuǎn)移與其它惡性腫瘤一樣是多基因、多因子相互作用和相互影響的復(fù)雜過(guò)程，也是腫瘤防治工作中面臨的難題。轉(zhuǎn)移包括腫瘤細(xì)胞的播撒入血液和淋巴系統(tǒng)、粘附管壁、維持生長(zhǎng)、分泌生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子、同轉(zhuǎn)移部位微環(huán)境之間的分子相互作用等多個(gè)步驟。只有有效控制、阻斷腫瘤轉(zhuǎn)移才可能實(shí)現(xiàn)腫瘤的治愈。腫瘤在演進(jìn)過(guò)程中，一些腫瘤細(xì)胞具有了侵襲和轉(zhuǎn)移能力，而這種轉(zhuǎn)移表型的獲得在很大程度上是由于腫瘤細(xì)胞內(nèi)基因發(fā)生異常改變引起的。因此，從分子水平揭示腫瘤轉(zhuǎn)移的本質(zhì)，研究腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)基因成為腫瘤轉(zhuǎn)移研究的熱點(diǎn)。近年發(fā)展起來(lái)的基因芯片技術(shù)和生物信息學(xué)顯示了其在分析疾病方面的優(yōu)越性。

基因芯片是生命科學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要的技術(shù)平臺(tái)，是篩選差異表達(dá)相關(guān)基因的有效手段，具有高通量和快速測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。在基因表達(dá)譜分析、新基因發(fā)現(xiàn)、基因突變及多態(tài)性分析、基因組文庫(kù)作圖、疾病診斷和預(yù)測(cè)、藥物篩選、基因測(cè)序等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但得到了基因芯片結(jié)果，并不等于獲得了信息和知識(shí)，如何解讀芯片上成千上萬(wàn)個(gè)基因點(diǎn)的雜交信息，將無(wú)機(jī)的信息數(shù)據(jù)與有機(jī)的生命活動(dòng)聯(lián)系起來(lái)，闡釋生命特征和規(guī)律以及基因的功能，是基因芯片后期數(shù)據(jù)挖掘的一個(gè)重要方向。高通量微陣列雜交技術(shù)和測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展，產(chǎn)生了大量的基因數(shù)據(jù)，生物信息迅速膨脹成為數(shù)據(jù)的海洋。為適應(yīng)這種高通量基因表達(dá)數(shù)據(jù)的不斷增長(zhǎng)和人們共享數(shù)據(jù)的需要，各種數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)運(yùn)而生，ＩＩ

博士學(xué)位論文

其中，美國(guó)國(guó)立生物信息技術(shù)中心（Ｎａｔｉｏ砌ＣｅｎｔｅｒｆｏｒＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｆ０衄ａｔｉｏｎ，ＮＣＢＩ）的高通量基因表達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)（ＧｅｎｅＥｘｐｒｅｓｓｉｏｎ０Ｉｎｌｌｉｂｕｓ，ＧＥＯ）是世界上最大的儲(chǔ)存高通量分子豐度數(shù)據(jù)的公共數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶可以提交、儲(chǔ)存和檢索多種形式的數(shù)據(jù)并免費(fèi)使用。ＧＥＯ數(shù)據(jù)庫(kù)操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)全面，免費(fèi)共享的優(yōu)勢(shì)為后期數(shù)據(jù)挖掘和信息推廣提供了良好的平臺(tái)。

生物信息學(xué)是二十世紀(jì)８０年代末隨著基因組測(cè)序數(shù)據(jù)迅猛增加而逐漸形成的一門(mén)交叉學(xué)科。隨著生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的迅速發(fā)展，特別是人類(lèi)基因組計(jì)劃的順利推進(jìn)，產(chǎn)生了海量的生物學(xué)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)具有豐富的內(nèi)涵，隱藏著豐富的生物學(xué)知識(shí)。充分利用這些數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析、處理，揭示這些數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，得到對(duì)人類(lèi)有用的信息，將是生物學(xué)家和數(shù)學(xué)家所面臨的一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，生物信息學(xué)正是為迎接這種挑戰(zhàn)而發(fā)展起來(lái)的一門(mén)交叉學(xué)科。具體地說(shuō)，生物信息學(xué)是現(xiàn)代生物學(xué)與醫(yī)學(xué)科學(xué)和信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、生物統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科相互滲透并高度交叉形成的一門(mén)新興前沿學(xué)科，它以獲取、加工、儲(chǔ)存、管理、檢索、分配、分析和釋讀生物學(xué)實(shí)驗(yàn)信息為手段，綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和生物學(xué)工具，以達(dá)到理解數(shù)據(jù)中所蘊(yùn)含的生物學(xué)含義為目的。目前，生物信息學(xué)已廣泛地滲透到生命科學(xué)的各個(gè)研究領(lǐng)域中，成為不可或缺的重要工具，在人類(lèi)疾病與功能基因的發(fā)現(xiàn)、識(shí)別，基因與蛋白質(zhì)的功能研究方面都發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，如藥物設(shè)計(jì)、基因多態(tài)性分析、基因表達(dá)調(diào)控、疾病相關(guān)基因鑒定、基因產(chǎn)物結(jié)構(gòu)與功能預(yù)測(cè)、基因進(jìn)化、基于遺傳的流行病學(xué)、癌癥的遺傳機(jī)制研究等。隨著近年來(lái)生物實(shí)驗(yàn)方法和檢測(cè)數(shù)據(jù)的發(fā)展，積累了大量生物學(xué)，尤其是分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的分類(lèi)、收集、整理，產(chǎn)生了成千上萬(wàn)的數(shù)據(jù)庫(kù)。為了高效處理日益增長(zhǎng)的海量生物數(shù)據(jù)，使全世界的研究人員能共享已有的研究成果，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)在生物數(shù)據(jù)的處理和儲(chǔ)存上有越來(lái)越重要的應(yīng)用。數(shù)據(jù)庫(kù)是生物信息學(xué)的主要內(nèi)容，各種數(shù)據(jù)庫(kù)幾乎覆蓋了生命科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。目前，生物信息學(xué)已廣泛地滲透到生命科學(xué)的各個(gè)研究領(lǐng)域中，成為不可或缺的重要工具，在人類(lèi)疾病與功能基因的發(fā)現(xiàn)、識(shí)別，基因與蛋白質(zhì)的功能研究方面都發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，如藥物設(shè)計(jì)、基因多態(tài)性分ＩＩＩ

中文摘要

析、基因表達(dá)調(diào)控、疾病相關(guān)基因鑒定、基因產(chǎn)物結(jié)構(gòu)與功能預(yù)測(cè)、基因進(jìn)化、基于遺傳的流行病學(xué)、癌癥的遺傳機(jī)制研究等。

生物信息學(xué)最使人們感興趣的是它利用計(jì)算方法分析生物數(shù)據(jù)，如根據(jù)核酸序列預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)序列、結(jié)構(gòu)、功能的算法等。雖然這些預(yù)測(cè)還不是非常精準(zhǔn)，但是當(dāng)可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還無(wú)法得到的情況下，這一預(yù)測(cè)可以作為一盞路燈，指示你應(yīng)如何開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。利用基因芯片技術(shù)和生物信息學(xué)方法系統(tǒng)分析腫瘤相關(guān)基因及其調(diào)控機(jī)制，是當(dāng)前功能基因組學(xué)的重要研究手段。它明顯優(yōu)于過(guò)去的單一基因研究模式，可以在整體的、基因組的水平對(duì)基因的表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)全面的分析。

本研究從ＧＥＯ數(shù)據(jù)庫(kù)中下載１５７個(gè)前列腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)的基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)集（ＧＳＭｌ５２９３１～ＧＳＭｌ５２９９１，ＧＳＭｌ５２８５６～ＧＳＭｌ５２８８０，ＧＳＭ７９９４６８—ＧＳＭ７９９４８９

４．３．０和ＣＳＭ７９９４９０～ＧＳＭ７９９５１８）為分析材料，采用ＢＩｍ．ＡｒｒａｙＴｏｏｌｓＢｅｔａ軟件

篩選前列腺癌原發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移腫瘤芯片數(shù)據(jù)的差異表達(dá)基因，再結(jié)合生物信息學(xué)工具和數(shù)據(jù)挖掘方法對(duì)差異基因及其相互作用關(guān)系進(jìn)行分析，從中發(fā)現(xiàn)兩個(gè)前列腺癌轉(zhuǎn)移高度相關(guān)基因ＳＰＰｌ、ＶＣＡＮ，最后再運(yùn)用生物信息學(xué)方法對(duì)ＳＰＰｌ、ＶＣＡＮ基因進(jìn)行結(jié)構(gòu)和功能研究，為前列腺癌癌轉(zhuǎn)移的發(fā)病機(jī)制提供新的思路，也為轉(zhuǎn)移性前列腺癌的分子診斷和個(gè)體化治療奠定基礎(chǔ)。

本研究的內(nèi)容和過(guò)程分為四部分

第一部分：前列腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的生物信息學(xué)分析

在公共基因芯片數(shù)據(jù)庫(kù)（ＧＥＯ）中下載前列腺癌轉(zhuǎn)移的相關(guān)基因芯片數(shù)據(jù)，其中６１例原發(fā)性局限性前列腺癌樣本，２５例前列腺癌轉(zhuǎn)移樣本，利用ＢＩ出．ＡｒｒａｙＴ００１ｓ４．３．０Ｂｅｔａ３軟件、ＳＴＲ烈Ｇ、ＴｏｐｐＧｅｎｅ、ＧＯＥＡＳＴ、ＤＡｖＩＤ等

４．３．０Ｂｅｔａ工具對(duì)前列腺癌差異基因進(jìn)行生物信息學(xué)分析。通過(guò)ＢＲＢ．ＡｒｒａｙＴｏｏｌｓ

３分析篩選出２１０個(gè)前列腺癌轉(zhuǎn)移差異基因，其中上調(diào)８４個(gè)，下調(diào)１２６個(gè)。對(duì)其進(jìn)行生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)ＡＲ、ＦＯＳ、ＪＵＮ、ＡＣＴＢ、ＦＮｌ、ＭＹＬ９、ＭＹＨｌｌ、ＭＹＬＫ、ＳＰＰｌ等基因以及ＲｈｏＧＴＰａｓｅ調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架通路、整合素信號(hào)通路、鈣粘蛋白信號(hào)通路、ｗｎｔ信號(hào)通路等信號(hào)通路在前列腺癌轉(zhuǎn)移的發(fā)生發(fā)展中可能起Ⅳ

博士學(xué)位論文

著重要作用。

第二部分：前列腺癌骨轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的生物信息學(xué)分析

在公共基因芯片數(shù)據(jù)庫(kù)（ＧＥＯ）中下載前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的相關(guān)基因芯片數(shù)據(jù)，利用ＢＲＢ．ｍｌｒａｙＴ００ｌｓ４．３．０Ｂｅｔａ３軟件、ＳＴ對(duì)ＮＧ、ＴｏｐｐＧｅｎｅ、ＧＯＥＡＳＴ、ＤＡⅥＤ

４．３．０等生物信息學(xué)工具進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘及生物信息學(xué)分析。通過(guò)ＢＲＢ．ＡｒｒａｙＴ００ｌｓ

Ｂｅｔａ３分析篩選出５０１個(gè)前列腺癌骨轉(zhuǎn)移差異基因，其中上調(diào)１８１個(gè)，下調(diào)３２０個(gè)。對(duì)其進(jìn)行生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)ＳＰＰｌ、ＨＢＢ、ＡＲ、Ｍ＾佃９、ＡＺＧＰｌ、ＰＯＳＴＮ、ＦＮｌ、ＶＣＡＮ等基因以及膠原蛋白及其生物合成、細(xì)胞粘附、小分子代謝過(guò)程、黏著斑、ＥＣＭ受體相互作用、細(xì)胞周期、整合素信號(hào)通路等分子生物學(xué)過(guò)程及通路在前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的發(fā)生發(fā)展中可能起著重要作用。

第一章前列腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的生物信息學(xué)分析………………．１８

１材料和方法…………………………………………………………………．１８２結(jié)果…………………………………………………………………………．３０３討論…………………………………………………………………………………………………．．３６

第二章前列腺癌骨轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的生物信息學(xué)分析……………．３９

ｌ材料和方法…………………………………………………………………．３９２結(jié)果…………………………………………………………………………………………………．．４７３討論…………………………………………………………………………………………………．．５２

第三章基于基因芯片的前列腺癌轉(zhuǎn)移基因ＳＰＰｌ的生物信息學(xué)分析………………………………………………………………………………………………．５６

１材料和方法…………………………………………………………………．５６２結(jié)果…………………………………………………………………………………………………。６４３討論…………………………………………………………………………………………………．．６９

第四章基于基因芯片的前列腺癌轉(zhuǎn)移基因ＶＣＡＮ的生物信息學(xué)分析……………………………………………………………………………………………７２

１材料和方法…………………………………………………………………．７２２結(jié)果…………………………………………………………………………………………………．７７３討論…………………………………………………………………………………………………．．８２結(jié)｛淪………………………………………………………………………………………．．８５參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………８６

目錄

英文縮寫(xiě)詞表…………………………………………………………．９７攻讀博士學(xué)位期間的研究成果………………………………………．９８致謝…………………………………………………………………．９９南方醫(yī)科大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明…………………………………１０１統(tǒng)計(jì)學(xué)證明……………………………………………………………１０２

博士學(xué)位論文

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前列腺癌（ｐｒｏｓｔａｔｅｃａｎｃｅｒ，ＰＣａ）是泌尿系統(tǒng)最常見(jiàn)腫瘤之一，其發(fā)病率在美國(guó)居男性惡性腫瘤之首，近年來(lái)ＰＣａ在中國(guó)的發(fā)病率也呈穩(wěn)步升高趨勢(shì)，ＰＣａ患者一旦發(fā)生轉(zhuǎn)移不僅預(yù)后差，而且嚴(yán)重影響其生活質(zhì)量。但到目前為止，前列腺癌轉(zhuǎn)移的分子機(jī)制仍未明確以及臨床上對(duì)前列腺癌轉(zhuǎn)移缺乏有效的治療手段。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，基因芯片的應(yīng)用使得人們可以從基因水平對(duì)疾病的原理進(jìn)行闡述，而隨之出現(xiàn)的生物信息學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，為海量的芯片數(shù)據(jù)提供了更快捷，更深入的分析方法，從而使腫瘤的轉(zhuǎn)移發(fā)生機(jī)制在分子水平得到更全面的解釋�；谝陨显O(shè)想，本課題擬運(yùn)用生物信息學(xué)方法對(duì)前列腺癌轉(zhuǎn)移組織基因芯片數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選及轉(zhuǎn)移相關(guān)基因進(jìn)行深入分析，并建立分子水平的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)圖譜，為進(jìn)一步揭示前列腺癌轉(zhuǎn)移的發(fā)病機(jī)理、分子診斷、治療靶點(diǎn)等研究提供理論依據(jù)。下面就前列腺癌轉(zhuǎn)移、基因芯片以及生物信息學(xué)研究進(jìn)展，本課題的研究的材料和方法、目的及意義等作一介紹。

一、前列腺癌轉(zhuǎn)移概況

前列腺癌（ｐｒｏｓ餓ｃａｌｌｃｅｒ，ＰＣａ）是危害男性健康最常見(jiàn)的腫瘤之一，其發(fā)病率在美國(guó)居男性惡性腫瘤之首，占男性死亡原因的第二位，僅此于肺癌【ｌ】。在中國(guó)ＰＣａ的發(fā)病率遠(yuǎn)低于西方國(guó)家，然而，近２０年來(lái)，我國(guó)ＰＣａ的發(fā)病率也呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)，并且發(fā)病年齡也日趨年輕化，可能與生活方式、壽命延長(zhǎng)、人口老齡化以及診斷技術(shù)的提高有關(guān)【２１。ＰＣａ多發(fā)生在外周帶，早期無(wú)特異性癥狀，病變發(fā)展到晚期，則多發(fā)生局部浸潤(rùn)或遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。盆腔淋巴結(jié)是ＰＣａ最早和常見(jiàn)轉(zhuǎn)移部位【３１，局限性的ＰＣａ患者５年生存率幾乎１００％，而發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的ＰＣａ患者５年生存率下降到約為２９％，ＰＣａ患者一旦發(fā)生轉(zhuǎn)移不僅預(yù)后差，而且嚴(yán)重影響其生活質(zhì)量。骨轉(zhuǎn)移是ＰＣａ重要的臨床特征和主要致死原因，美國(guó)死于ＰＣａ的患者中，８０％以上合并骨轉(zhuǎn)移。前列腺癌骨轉(zhuǎn)移可導(dǎo)致患者發(fā)生骨痛、病理性骨折、脊髓壓迫、活動(dòng)受限等骨相關(guān)事件（ｓｋｅｌｅｔａｌｒｅｌａｔｅｄｅｖｅｎｔｓ，ＳＩ冱ｓ）【１，４１。

前言

前列腺癌轉(zhuǎn)移診斷主要依賴(lài)臨床相關(guān)癥狀、ＰＳＡ、Ｘ片、骨掃描、ＣＴ以及ＭⅪ等，骨掃描是ＰＣａ轉(zhuǎn)移診斷的最重要的診斷方法，骨掃描通過(guò)放射性追蹤劑顯示區(qū)分正常和異常骨活動(dòng)，當(dāng)懷疑骨轉(zhuǎn)移，ＰＣａ患者出現(xiàn)臨床癥狀或者治療過(guò)程中ＰＳＡ升高應(yīng)考慮行骨掃描進(jìn)一步檢查。

前列腺癌轉(zhuǎn)移治療的主要目的是緩解轉(zhuǎn)移灶引起的疼痛，改善患者運(yùn)動(dòng)機(jī)能，預(yù)防或治療轉(zhuǎn)移灶引發(fā)的并發(fā)癥如脊髓壓迫和病理性骨折等。常用的治療手段有內(nèi)分泌治療、雙磷酸鹽類(lèi)藥物、二線內(nèi)分泌治療，化療、放療、止痛等。雄激素與正常前列腺細(xì)胞與前列腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)存在密切關(guān)系，目前，內(nèi)分泌治療仍是目前被證明治療轉(zhuǎn)移性前列腺癌的最有效治療手段之一，其目的在于減少或消除雄激素對(duì)前列腺生長(zhǎng)的促進(jìn)作用，從而緩解轉(zhuǎn)移性前列腺癌的癥狀。內(nèi)分泌治療通常包括手術(shù)去勢(shì)與藥物去勢(shì)。藥物去勢(shì)通過(guò)使用雌激素類(lèi)藥物、抗雄激素類(lèi)藥物或黃體生成激素釋放激素類(lèi)似物等藥物以阻斷雄激素與雄激素受體的結(jié)合或減少體內(nèi)雄激素的產(chǎn)生【５１。去勢(shì)治療（ａｎｄｒｏｇｅｎｄｅｐｒｉｖａｔｉｏｎｔｌｌｅｒ�。�，ＡＤＴ）可加速骨質(zhì)丟失，進(jìn)一步增加ＳＲＥｓ的發(fā)生率。ＳＲＥｓ的發(fā)生不僅增加了治療費(fèi)用，也嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量，甚至降低患者的生存率【６】。轉(zhuǎn)移性前列腺癌患者的內(nèi)分泌治療屬于姑息治療。其治療目的主要是在于減少或消除雄激素對(duì)前列腺生長(zhǎng)的促進(jìn)作用，控制前列腺癌的進(jìn)展，減少相關(guān)癥狀，提高生活質(zhì)量，目前對(duì)于臨床醫(yī)師來(lái)講其治療仍舊是巨大的挑戰(zhàn)【５。７】。

二、前列腺癌轉(zhuǎn)移研究進(jìn)展

前列腺癌多發(fā)生在外周帶，早期無(wú)特異性癥狀，病變發(fā)展到晚期，則多發(fā)生局部浸潤(rùn)或遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，ＰＣａ轉(zhuǎn)移的途徑主要為血道轉(zhuǎn)移和淋巴道轉(zhuǎn)移，

盆腔淋巴結(jié)是ＰＣａ最早和常見(jiàn)的轉(zhuǎn)移部位，骨轉(zhuǎn)移是ＰＣａ最常見(jiàn)的轉(zhuǎn)移的部位，是ＰＣａ重要的臨床特征和主要致死原因，ＰＣａ轉(zhuǎn)移的的確切機(jī)制目前仍不清楚，包括一系列復(fù)雜的過(guò)程，呈現(xiàn)多步驟、多階段、多途徑、多基因復(fù)合的特點(diǎn)，了解腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的信號(hào)傳導(dǎo)通路以及對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移的作用機(jī)制，為尋找抑制腫瘤轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵靶點(diǎn)具有重要的意義。其生物學(xué)特性復(fù)雜、多變，腫瘤２

博士學(xué)位論文

新生淋巴管和血管是其轉(zhuǎn)移的重要形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)。解剖學(xué)可能存在的便利途徑以及Ｐａｇｅｔ的“種子和土壤”學(xué)說(shuō)．前列腺癌細(xì)胞和微環(huán)境成分之間存在特異、強(qiáng)烈的相互作用，最終導(dǎo)致臨床轉(zhuǎn)移的發(fā)生，現(xiàn)就其轉(zhuǎn)移研究進(jìn)展現(xiàn)狀作一綜述。

（一）前列腺癌轉(zhuǎn)移的解剖學(xué)基礎(chǔ)

淋巴系統(tǒng)由淋巴管、淋巴器官及淋巴液組成，淋巴管從外周組織中收集血漿蛋白、組織液、淋巴細(xì)胞等組成的淋巴液，并輸送到區(qū)域淋巴結(jié)，最終匯入靜脈，流向心臟，髂外淋巴結(jié)有三個(gè)淋巴鏈：內(nèi)側(cè)鏈、中鏈、外側(cè)鏈。其中，內(nèi)側(cè)鏈中有１組淋巴結(jié)，位于閉孔神經(jīng)周?chē)�，稱(chēng)為閉孔神經(jīng)淋巴結(jié)，通常被認(rèn)作ＰＣａ淋巴轉(zhuǎn)移的第一站，ＰＣａ淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移最早常見(jiàn)于盆腔淋巴結(jié)【３】。同時(shí)前列腺癌易發(fā)生發(fā)生骨轉(zhuǎn)移的解剖特點(diǎn)：（１）骨的血液循環(huán)豐富。骨的動(dòng)脈廣泛吻合，互相連接，靜脈網(wǎng)的直徑較大，以適應(yīng)動(dòng)脈特點(diǎn)，便于將血液迅速排出。（２）通過(guò)脊椎靜脈叢（Ｂａｔｓｏｎ脊椎靜脈系統(tǒng)）轉(zhuǎn)移至脊椎。Ｂａｔｓｏｎ首次提出，在前列腺與低位腰椎之間可能存在一低壓、高血流量的靜脈叢，它具有壓力低，容積大，與肋間靜脈、肺靜脈、腔靜脈及門(mén)靜脈廣泛交通的特點(diǎn)。導(dǎo)致前列腺癌向脊椎轉(zhuǎn)移的機(jī)率增加了，癌細(xì)胞容易沿著靜脈血流轉(zhuǎn)移至脊柱，并通過(guò)各交通靜脈轉(zhuǎn)移至骨骼其它部位【引。

（二）前列腺癌轉(zhuǎn)移的“種子和土壤＂學(xué)說(shuō)

前列腺癌細(xì)胞容易轉(zhuǎn)移至骨骼，Ｐａｇｅｔ提出的“種子土壤”學(xué)說(shuō)即：在ＰＣａ細(xì)胞與骨骼微環(huán)境中存在著特異的生物學(xué)相互作用�！胺N子和土壤學(xué)說(shuō)”預(yù)示骨微環(huán)境中表達(dá)許多因子，吸引多種腫瘤細(xì)胞的遷移以及促進(jìn)腫瘤的增殖。而腫瘤細(xì)胞自身表達(dá)因子又會(huì)刺激骨組織的重新塑形。通過(guò)腫瘤細(xì)胞與其所處生長(zhǎng)環(huán)境中的雙向和動(dòng)態(tài)的作用，促進(jìn)腫瘤在骨骼中的發(fā)展【６～。因此，骨微環(huán)境中的多種因子對(duì)腫瘤骨轉(zhuǎn)移具有重要意義。

（三）前列腺癌轉(zhuǎn)移分子機(jī)制腫瘤轉(zhuǎn)移包括一系列復(fù)雜的過(guò)程，主要涉及腫瘤細(xì)胞由原發(fā)部位脫離開(kāi)始，

前言

到腫瘤細(xì)胞在其它轉(zhuǎn)移部位——比如淋巴、骨骼，生長(zhǎng)增殖的多個(gè)關(guān)鍵性步驟�！胺N子和土壤學(xué)說(shuō)”預(yù)示微環(huán)境中表達(dá)許多因子，吸引多種腫瘤細(xì)胞的遷移以及促進(jìn)腫瘤的增殖，通過(guò)腫瘤細(xì)胞與其所處生長(zhǎng)環(huán)境中的雙向和動(dòng)態(tài)的作用，促進(jìn)腫瘤在骨骼中的發(fā)展【６，９１。近來(lái)的研究表明血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子ｍｓｃｕｌａｒＥｎｄｏｔｌｌｅｌｉａｌ研ｏｗｔｌｌＦａｃｔｏｒ，ＶＥＧＦ）家族家族及其受體在ＰＣａ淋巴管生成、淋巴轉(zhuǎn)移以及骨轉(zhuǎn)移中具有重要作用，這為了解前列腺癌淋巴結(jié)及骨轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移的分子機(jī)制提供了可能。ＶＥＧＦ家族是一類(lèi)多功能的細(xì)胞因子，包括ＶＥＧＦ＿Ａ、ＶＥＧＦ—Ｂ、ＶＥＧＦ—Ｃ、ＶＥＧＦ—Ｄ等，而已有研究表明，ＶＥＧＦ與其受體（ＶＥＧＦＲ）在腫瘤血管生成及淋巴管生成中發(fā)揮著重要的促進(jìn)作用，可增加內(nèi)皮細(xì)胞的滲透性，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行分裂、增殖，并有利于細(xì)胞進(jìn)行遷移，在體內(nèi)所表現(xiàn)出了特異性促血管生成作用，參與腫瘤血管生成和淋巴管形成【１０。１２】。ＶＥＧＦ．Ｃ通過(guò)其受體ＶＥＧＦＲ－３信號(hào)通路在調(diào)節(jié)淋巴系統(tǒng)的生成與腫瘤的淋巴轉(zhuǎn)移中功能中發(fā)揮著重要作用，血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體．３ⅣＥＧＦＲ－３）屬于ＶＥＧＦ酪氨酸激酶受體家族成員，激活ＶＥＧＦＲ．３信號(hào)能促進(jìn)淋巴內(nèi)皮細(xì)胞增殖和遷移【１２，ｌ３１。Ｂｕｎｏｎ等【１４】發(fā)現(xiàn)抑制ＶＥＧＦ．ＣⅣＥＧＦＲ－３信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，能夠減少前列腺腫瘤細(xì)胞的淋巴轉(zhuǎn)移。ＤｉＪＭ等【１５】證實(shí)ＣＯＸ．２通過(guò)調(diào)節(jié)ＶＥＧＦ．Ｃ的表達(dá)在前列腺癌淋巴血管生成及淋巴轉(zhuǎn)移中起重要作用。最近有研剄１６】認(rèn)為，通過(guò)增加ＶＥＧＦ．ｃ的表達(dá)水平可以激活ＶＥＧＦＲ．３，二者特異性結(jié)合后，能夠刺激血管生成，促進(jìn)前列腺腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)，啟動(dòng)腫瘤細(xì)胞淋巴轉(zhuǎn)移以及增加遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的概率。同時(shí)在前列腺腫瘤中通過(guò)ＶＥＧＦ．Ａ激活ＶＥＧＦＲ－１以及通過(guò)ＶＥＧＦ．Ｄ激活淋巴內(nèi)皮細(xì)胞ＶＥＧＦＲ－３可能是其進(jìn)展轉(zhuǎn)移的重要機(jī)制舊。已有研究表明ＶＥＧＦ的過(guò)表達(dá)是前列腺癌轉(zhuǎn)移的早期步驟，其過(guò)表達(dá)與前列腺癌預(yù)后密切相關(guān)，通過(guò)阻斷ＶＥＧＦ信號(hào)途徑，可從血管、淋巴管兩方面抑制腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移，ＶＥＧＦ已成為一種重要的前列腺癌轉(zhuǎn)移的治療選擇靶點(diǎn)之一【１８】。同時(shí)ＶＥＧＦ是成骨細(xì)胞活動(dòng)的介質(zhì)，骨形態(tài)發(fā)生蛋白（ｂｏｎｅｍｏ印ｈｏｇｅｎｅｔｉｃｐｒｏｔｅｉｎｓ，ＢＭＰｓ）可誘導(dǎo)ＶＥＧＦ蛋白和ｍＲＮＡ在癌細(xì)胞中表達(dá)，因此ＶＥＧ－Ｆ也可能是前列腺癌成骨性骨轉(zhuǎn)移的分子機(jī)制之一【１９】。在腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移過(guò)程中，細(xì)胞外基質(zhì)（ｅｘ缸ａｃｅｌｌｕｌａｒｍａｔｒｉｘ，ＥＣＭ）和基底膜是４

博士學(xué)位論文

重要組織屏障，其與腫瘤的生物學(xué)行為及預(yù)后的關(guān)系是當(dāng)前人們研究腫瘤生物行為的熱點(diǎn)之一【２０，２１１，基質(zhì)金屬蛋白酶（ｍａｔｒｉｘｍｅｔａｌｌｏｐｒｏｔｅｉｒ粥ｅｓ，Ｍ＾佃ｓ）是一種由腫瘤細(xì)胞或間質(zhì)細(xì)胞分泌的、可以降解ＥＣＭ的蛋白酶家族，基質(zhì)金屬蛋白酶９（ｍａｔｒｉｘｍｅｔａｌｌｏｐｒｏｔｅｉＩ娜ｅ９，ＭＭＰ．９）是Ｍ＾佃ｓ家族的重要成員之一【２２】，趨化因子（ＣＸＣＬｌ２）及其受體ＣＸＣＲ．４在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中日益重要【２３】。在ＣＸＣＬｌ２與ＣＸＣＲ４結(jié)合的過(guò)程中可以激活ＡＫｔｌ和腫瘤細(xì)胞分泌ＭＭＰ．９，而ＭＭＰ．９正是腫瘤細(xì)胞侵襲、骨轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵分子之一【２４】。進(jìn)一步的研究表明通過(guò)激活舭１調(diào)節(jié)ＣＸＣＬｌ２／ＣＸＣＲ４信號(hào)通路促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)及骨轉(zhuǎn)移【２５１。此外，Ｗ缸ｇＱ等通過(guò)ＲＮＡ干擾技術(shù)發(fā)現(xiàn)ＣＸＣＲ４上調(diào)前列腺癌細(xì)胞的ＶＥＧＦ和ＭＭＰ．９的表達(dá)在進(jìn)前列腺癌骨轉(zhuǎn)移中起重要作用【２６。。前列腺癌骨轉(zhuǎn)移絕大多數(shù)為成骨性表現(xiàn)，但研究表明，前列腺癌發(fā)生骨轉(zhuǎn)移時(shí)，成骨性和溶骨性改變是同時(shí)存在的，骨質(zhì)中前列腺癌細(xì)胞的存在刺激骨基質(zhì)的降解和新骨形成。已有的研究發(fā)現(xiàn)前列腺癌細(xì)胞能夠分泌多種刺激骨形成的細(xì)胞因子，如甲狀旁腺激素相蛋白（ｐａｒａｔｌ�。铮椋洌瑁铮恚铮睿澹颍澹欤幔簦澹洌穑颍铮簦澹椋欤�，Ｐｎｍ，，）、骨形態(tài)發(fā)生蛋白（ｂｏｎｅｍｏｒｐｈｏｇｅｎｅｔｉｃｐｒｏｔｅｉｎｓ，ＢＭＰｓ）、ＲＡＮＫＬ、內(nèi)皮素１（ｅｎｄｏｔｈｅｌｉＩｌ－１，ＥＴ－１）、證＇Ａ、Ｗｎｔ等【２１７１。ＰＴ｝ｈ．Ｐ在骨轉(zhuǎn)移過(guò)程中發(fā)揮了重要作用，研究發(fā)現(xiàn)ＰＴ｝ｈ．Ｐ在前列腺癌骨轉(zhuǎn)移灶豐富表達(dá)，ＰＴ｝ｈＰ促進(jìn)成骨性改變。前列腺癌自分泌ＰＴ｝ｈＰ刺激成骨細(xì)胞增殖和誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化【２８１。研究證實(shí)，前列腺癌細(xì)胞自身分泌的ＰＴＨｒＰ通過(guò)內(nèi)分泌途徑誘導(dǎo)ＥＭＴ（ｅｐｉ也ｅｌｉａｌ．ｔｏ．ｍｅｓｅｎｃｈｙｍａｌ缸．趾ｓｉｔｉｏｎ）來(lái)增強(qiáng)前列腺癌細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移能力，參與前列腺癌的骨轉(zhuǎn)移【２９】。因此ＰＴＨｒＰ的自分泌特性在前列腺異常增殖及前列腺癌骨轉(zhuǎn)移過(guò)程中起著重要作用。骨形態(tài)發(fā)生蛋白（ｂｏｎｅｍｏｒｌ出ｏｇｅｎｅｔｉｃｐｒｏｔｅｉｎ，ＢＭＰ）屬于ＴＧＦ．Ｂ超家族成員，在前列腺癌骨轉(zhuǎn)移中誘導(dǎo)成骨改變中起重要作用【３０】，最近的研究發(fā)現(xiàn)骨髓干細(xì)胞分泌ＢＭＰ７通過(guò)刺激ｐ３８－ＮＤＩⅪ１通路誘導(dǎo)前列腺癌干細(xì)胞休眠和復(fù)發(fā)，ＢＭＰ７與前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的發(fā)生發(fā)展密不可分，ＢⅧ７也已成為前列腺癌骨轉(zhuǎn)移治療的一個(gè)潛在靶點(diǎn)【３１１。ＲＡＮＫＩ，是由破骨細(xì)胞產(chǎn)生，屬于細(xì)胞因子ＴＮＦ超家族成員之一，在成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的關(guān)系中，研究最為清楚的是ＲＡＮＫＩ，與其受體細(xì)胞核因子ＫＢ受體

前言

活化因子（ｒｅｃｅｐｔｏｒａｃｔｉｖａｔｏｒｏｆＮＦ．ＫＢ，ＲＡＮＫ），凡蝌ＫＬ可以與凡蝌Ｋ結(jié)合導(dǎo)致破骨細(xì)胞激活造成溶骨現(xiàn)，進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)激活前列腺癌細(xì)胞ＮＦ．心信號(hào)上調(diào)破骨基因的表達(dá)增加破骨發(fā)生，促進(jìn)骨轉(zhuǎn)移形成【２７，３２１。因此，微環(huán)境中產(chǎn)生的因子對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移具有重要意義。

（四）展望

前列腺癌轉(zhuǎn)移是一系列復(fù)雜而有序的過(guò)程，其臨床表現(xiàn)及轉(zhuǎn)歸也不盡相同，對(duì)轉(zhuǎn)移機(jī)制的研究尚待繼續(xù)深入。與此同時(shí)，遺傳學(xué)及分子生物學(xué)研究正努力尋找敏感、有效的判斷腫瘤發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移的標(biāo)記物，用于臨床指導(dǎo)治療方案的選擇，為ＰＣａ轉(zhuǎn)移的治療奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移過(guò)程中，涉及了細(xì)胞生長(zhǎng)和代謝能力增強(qiáng)；細(xì)胞間同質(zhì)粘附能力的降低；細(xì)胞與ＥＣＭ間異質(zhì)粘附能力的增強(qiáng)；細(xì)胞遷移和運(yùn)動(dòng)能力的增強(qiáng)；細(xì)胞自身產(chǎn)生及誘導(dǎo)宿主細(xì)胞產(chǎn)生降解ＥＣＭ和基底膜的蛋白酶增加及分泌蛋白酶抑制劑的減少；促腫瘤血管生成能力增強(qiáng)；腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生器官特異的趨向性；腫瘤細(xì)胞逃避宿主的免疫監(jiān)視等等。同時(shí)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移過(guò)程中的粘附、運(yùn)動(dòng)、蛋白水解、血管生成、組織趨向和免疫逃逸等都涉及腫瘤組織內(nèi)腫瘤細(xì)胞自身和腫瘤細(xì)胞與腫瘤微環(huán)境的相互作用的信號(hào)傳導(dǎo)的調(diào)節(jié)。因此，腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移能力的獲得是腫瘤組織細(xì)胞的一系列基因改變調(diào)控的，包括轉(zhuǎn)移促進(jìn)基因和轉(zhuǎn)移抑制基因，其中包括部分與腫瘤發(fā)生相關(guān)的癌基因和抑癌基因，它們?cè)诓煌疾�(gè)體的腫瘤細(xì)胞內(nèi)表達(dá)的區(qū)別決定了不同患者間轉(zhuǎn)移潛能的。腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的篩選研究是目前腫瘤轉(zhuǎn)移研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，它可以為轉(zhuǎn)移機(jī)制的研究提供線索，為轉(zhuǎn)移的診斷提供分子標(biāo)志，為患者的預(yù)后評(píng)估提供客觀指征，為抗轉(zhuǎn)移治療提供靶點(diǎn)。

三、基因芯片及應(yīng)用

（一）基因芯片技術(shù)

基因芯片是２０世紀(jì)９０年代中期以來(lái)隨著人類(lèi)基因組計(jì)劃快速發(fā)展起來(lái)的分子生物學(xué)高新技術(shù)，具有高通量、高集成、微型化、平行化、多樣化和自動(dòng)化６

博士學(xué)位論文

等特點(diǎn)它能夠平行、高通量地檢測(cè)成千上萬(wàn)基因轉(zhuǎn)錄體的表達(dá)水平，基因芯片已廣泛應(yīng)用于疾病基因表達(dá)譜分析、尋找疾病相關(guān)基因、藥物作用靶標(biāo)、腫瘤預(yù)后、復(fù)雜疾病的致病機(jī)制分析等方面，為個(gè)體化診斷和治療提供指導(dǎo)，也可以揭示基因間的表達(dá)調(diào)控關(guān)系，同時(shí)它在制藥和臨床研究中也有重要的作用１３引。隨著基因芯片數(shù)據(jù)的高速增長(zhǎng)，需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、存儲(chǔ)和管理，目前基因表達(dá)數(shù)據(jù)相關(guān)的公共數(shù)據(jù)庫(kù)包括ＧＥＯ、ＳＭＤ、加碹ｙＥｐｒｅｓｓ等。ＧＥＯ（ＧｅｎｅＥｘｐｒｅｓｓｉｏｎＯｒｍ曲ｕｓ）數(shù)據(jù)斟３４】是由美國(guó)國(guó)立生物信息技術(shù)中心（Ｎａｔｉｏ蹦ｃｅｎｔｅｒ

Ｉｎｆｏｍａｔｉｏｎ，ＮＣＢＩ）管理和維護(hù)的公共數(shù)據(jù)庫(kù)，是經(jīng)過(guò)專(zhuān)家整ｆｏｒＢｉｏｔｅｃｌｌＩｌ０１０９ｙ

理和核對(duì)的在線基因芯片數(shù)據(jù)庫(kù)資料，主要儲(chǔ)存基因芯片數(shù)據(jù)，提供基因芯片數(shù)據(jù)的瀏覽、查詢(xún)、檢索和下載。是目前世界上最大的基因表達(dá)譜公共數(shù)據(jù)庫(kù)，至２０１４年２月共收集了來(lái)自于全世界生物學(xué)研究個(gè)實(shí)驗(yàn)室提交的大約４萬(wàn)份研究包含了超過(guò)１００萬(wàn)個(gè)樣本。斯坦福芯片數(shù)據(jù)庫(kù)（ＳⅧ）【３５】是由美國(guó)斯坦福大學(xué)管理和維護(hù)的基因表達(dá)的公共數(shù)據(jù)庫(kù)，Ｓ加儲(chǔ)存芯片實(shí)驗(yàn)得到的原始和標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，提供網(wǎng)頁(yè)界面進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索、分析和可視化。ＲｙｂａｃｚｙｋＬ等通過(guò)ＣＡＧＥＳ方法分析和整合不同的腸道炎癥疾病研究，對(duì)ＧＥＯ數(shù)據(jù)庫(kù)的所有來(lái)自于人的Ｃｒｏｌｌｎ’ｓ病和潰瘍性結(jié)腸炎的基因芯片數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行挖掘發(fā)現(xiàn)２２個(gè)疾病敏感相關(guān)的嘌呤基因［３６１。ＷａｎｇＬ等通過(guò)對(duì)ＧＥ０挖掘來(lái)自于不同實(shí)驗(yàn)室的的不同人體組織的２９６８?jìng)�(gè)基因芯片表達(dá)譜進(jìn)行生物信息學(xué)分析，篩選出２０個(gè)潛在的腦、肝以及組織選擇性基因【３７１。Ｉ沁“ｇｕｅｓＩ汛等通過(guò)對(duì)肝癌基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)集生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)ＷＮＴ、ＰＣＮＡ、ＴＧＦ、ＴＰ５３等特異表達(dá)基因以及細(xì)胞增殖、細(xì)胞周期控制、凋亡在肝癌發(fā)生、發(fā)展中起重要作用【３引。在進(jìn)入后基因組時(shí)代的背景下，基因芯片技術(shù)將得到更為廣泛的應(yīng)用，芯片數(shù)據(jù)的功能分析也必然將發(fā)揮更重要的作用。

（二）基因芯片數(shù)據(jù)分析及軟件

基因芯片提供了包括基因功能、基因相互作用等海量信息，這些數(shù)據(jù)為功能能基因組研究提供了重要的資源，ＧＥＯ、ＳＭＤ、岫Ｅｘｐｒｅｓｓ等數(shù)據(jù)庫(kù)在基因

前言

芯片的歸類(lèi)、儲(chǔ)存、資源共享等方面提供有利幫助。數(shù)據(jù)是知識(shí)和信息的重要來(lái)源，對(duì)于這些數(shù)據(jù)己經(jīng)無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算和分析來(lái)進(jìn)行，因此，如何采用一些新的方法和技術(shù)來(lái)有效分析這些龐大的基因芯片，并從中挖掘和揭示蘊(yùn)藏的、有意義的生物學(xué)信息，是當(dāng)前基因芯片領(lǐng)域亟待解決的重要課題。

基因芯片的分析主要包括前期的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)預(yù)處理和后期的詳細(xì)分析等步驟【３３，３射。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是芯片數(shù)據(jù)可靠的前提，是芯片實(shí)驗(yàn)研究中重要的一部分。由于獲取的芯片原始數(shù)據(jù)來(lái)自不同的芯片平臺(tái)，數(shù)據(jù)信息會(huì)有差異，往往需要前期的數(shù)據(jù)預(yù)處理以后才能進(jìn)行深層次的數(shù)據(jù)挖掘，數(shù)據(jù)預(yù)處理主要通過(guò)數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)過(guò)濾、補(bǔ)缺失值和標(biāo)準(zhǔn)化處理等方法減少原始數(shù)據(jù)中的誤差，進(jìn)一步增強(qiáng)數(shù)據(jù)可靠性。后期詳細(xì)分析主要集中于差異表達(dá)基因篩選和聚類(lèi)分析兩個(gè)方面。篩選差異表達(dá)基因是為了發(fā)現(xiàn)在不同實(shí)驗(yàn)條件下或不同實(shí)驗(yàn)樣品中表達(dá)發(fā)生顯著性改變的基因。篩選出的差異表達(dá)基因，對(duì)于發(fā)現(xiàn)疾病的分子診斷標(biāo)志物、藥物作用靶點(diǎn)等方面具有重要的意義。聚類(lèi)分析是基于研究對(duì)象屬性的相似性對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行分組，使組內(nèi)樣本相似，組間有差異。可以將多個(gè)基因進(jìn)行歸類(lèi)，位于同一個(gè)類(lèi)的基因在功能上可能相似或相關(guān)。此外，基因芯片后期數(shù)據(jù)挖掘的一個(gè)重要方向是進(jìn)行基因芯片數(shù)據(jù)的生物學(xué)意義分析。

目前，已經(jīng)有許多方法用來(lái)分析基因芯片數(shù)據(jù)，如ＢＩｍ．ＡｍｗＴ００１ｓ４．３．０Ｂｅｔａ、Ｄｃｈｊｐ、Ｓ削Ⅵ、Ｂｉｏｃｏｎｄｕｃｔｏｒ、Ｃｌｕｓｔｅｒ、ＴｒｅｅⅥｅｗ等基因芯片表達(dá)譜數(shù)據(jù)分析軟件，ＢＲＢ．ＡｒｒａｙＴ００ｌｓ

博士學(xué)位論文

具對(duì)前列腺癌差異基因進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和生物信息學(xué)分析。通過(guò)ＢＲＢ．Ａ刪ｙＴｏｏｌｓ

４．３．Ｏ

Ｂｅｔａ分析篩選出２１０個(gè)前列腺癌骨轉(zhuǎn)移差異基因，其中上調(diào)８４個(gè)，下調(diào)１２６

個(gè)。對(duì)其進(jìn)行生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)ＡＲ、ＦＯＳ、幾肘、ＡＣＴＢ、ＦＮｌ、ＭＹＬ９、ＭＹＨｌｌ、ＭＹＬＫ、ＳＰＰｌ等基因以及ＲｈｏＧＴＰ嬲ｅ調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架通路、整合素信號(hào)通路、鈣

粘蛋白信號(hào)通路、Ｗｎｔ信號(hào)通路等信號(hào)通路在前列腺癌轉(zhuǎn)移的發(fā)生發(fā)展中可能起

著重要作用。

（二）前列腺癌骨轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的生物信息學(xué)分析

通過(guò)在公共基因芯片數(shù)據(jù)庫(kù)（ＧＥＯ）中下載前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的相關(guān)基因芯片數(shù)據(jù)，利用ＢＩ也－Ａ玎ａｙＴ００ｌｓ４．３．ＯＢｅｔａ軟件、ＳＴＲＮＧ、ＴｏｐｐＧｅｎｅ、ＧＯＥＡＳＴ、ＤＡＶＩＤ等生物信息學(xué)工具進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和生物信息學(xué)分析。通過(guò)

ＢＲＢ．ＡｒｒａｙＴｏｏｌｓ４．３．０

Ｂｅｔａ分析篩選出５０１個(gè)前列腺癌骨轉(zhuǎn)移差異基因，其中上

調(diào)１８１個(gè)，下調(diào)３２０個(gè)，對(duì)其進(jìn)行生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)ＳＰＰｌ、Ⅷ強(qiáng)、ＡＲ、Ｍ＾佃９、ＡＺＧＰｌ、ＰＯＳＴＮ、ＦＮｌ、ＶＣＡＮ等基因以及膠原蛋白及其生物合成、細(xì)胞粘附、小分子代謝過(guò)程、黏著斑、ＥＣＭ受體相互作用、細(xì)胞周期、整合素信號(hào)通路等

分子生物學(xué)過(guò)程及通路在前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的發(fā)生發(fā)展中可能起著重要作用。（三）前列腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)基因ＳＰＰｌ的生物信息學(xué)分析

通過(guò)公共基因芯片數(shù)據(jù)庫(kù)（ＧＥ０）中下載前列腺癌轉(zhuǎn)移的相關(guān)基因芯片數(shù)

據(jù)，利用ＢＩ淝－ＡｒｒａｙＴｏｏｌｓ

４．３．Ｏ

Ｂｅｔａ軟件、ｐｒｏｔｐ祗蛆、ＭｏｔｉｆｓｃａＩｌ、ＳｉｇｎａｌＰ

４．０、

ＴＭｍ心嗄、ＮｅｔＰｈｏｓ２．０、ＰｒｅｄｉｃｔＰｒｏｔｅｉｌｌ、ＧＯ、ＫＥＧＧ、ＳＴⅪＮＧ等生物信息學(xué)工

具進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘及生物信息學(xué)分析。共篩選出前列腺癌轉(zhuǎn)移共同差異基因７３個(gè)，其中表達(dá)上調(diào)２１個(gè)，表達(dá)下調(diào)２１個(gè)，同時(shí)對(duì)前列腺癌轉(zhuǎn)移高表達(dá)基因ＳＰＰｌ進(jìn)行生物信息學(xué)發(fā)現(xiàn)，ＳＰＰｌ蛋白由３１４個(gè)氨基酸組成，其相對(duì)分子質(zhì)量為３５４２２．７，該蛋白含有２個(gè)Ｎ．連接糖基化位點(diǎn)、８?jìng)�(gè)酪蛋白激酶ＩＩ磷酸化位點(diǎn)、

２個(gè)豆蔻�；稽c(diǎn)、３個(gè)ＰＫＣ磷酸化位點(diǎn)，主要參與細(xì)胞因子活動(dòng)、細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)合、骨化、成骨細(xì)胞分化、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞粘附等分子功能及生物學(xué)過(guò)程以及參與Ｐ１３Ｋ－Ａｈｓｉ弘ａｌｉｎｇ

ｐａ廿１、Ⅳａｙ、Ｆｏｃａｌ

ａｄｈｅｓｉｏｎ、ＥＣＭ－ｒｅｃ�。簦铮�

ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ、

前言

Ｔｏｌｌ－ｌｉｋｅｒｅｃｅｐｔｏｒｓｉｇｌｌａＪｉｌｌｇ

ｐ甜１ｗａｙ等信號(hào)通路。

（四）前列腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)基因ＶＣＡＮ的生物信息學(xué)分析

通過(guò)公共基因芯片數(shù)據(jù)庫(kù)（ＧＥＯ）中下載前列腺癌轉(zhuǎn)移的相關(guān)基因芯片數(shù)

據(jù)，利用ＢＩｍ－ＡｒｒａｙＴｏｏｌｓ

４．３．０

Ｂｅｔａ軟件、ｐｒｏｔｐ娥Ⅱｎ、ＳＭＡＲＴ、Ｓｉ弘ａｌＰ

４．０、

ＴＭＨＭＭ、ＮｅｔＰｈｏｓ２．Ｏ、ＰｒｅｄｉＣｔＰｒｏｔｅｉｌｌ、ＳＷＩＳＳ．ＭＯＤＥＬ、ＧＯ、ＫＥＧＧ、ＳＴＲＩＮＧ

等生物信息學(xué)工具進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘及生物信息學(xué)分析。共篩選出前列腺癌轉(zhuǎn)移共同差異基因７３個(gè)，其中表達(dá)上調(diào)２１個(gè)，表達(dá)下調(diào)２１個(gè)，其中對(duì)前列腺癌轉(zhuǎn)移高表達(dá)基因ＶＣＡＮ進(jìn)行生物信息學(xué)發(fā)現(xiàn)，ＶＣＡＮ蛋白由３３９６個(gè)氨基酸組成，其相對(duì)分子質(zhì)量為３７２８２０．０，該蛋白含有１個(gè)ＩＧ（ｈｎｍｕｎｏｇｌｏｂｕｌｉｎ）結(jié)構(gòu)域、２

個(gè)Ｌｉｎｋ（ＨＡ，ＨｙａｌｕｒｏｎａＩｌ－ｂｉｎｄｉｎｇ）結(jié)構(gòu)域，１個(gè)ＥＧＦ（Ｅｐｉｄｅｍａｌ

ｄｏｍａｉｎ）結(jié)構(gòu)域、１個(gè)ＥＧＦＣＡ（Ｃａｌｃｉｕｍ－ｂｉｎｄｉｎｇ

ＥＧＦ．１ｉｋｅ

ｇｒｏｗｍｆＩａｃｔｏｒ－ｌｉｋｅ

ｄｏｍａｉｎ）結(jié)構(gòu)域、１

個(gè)ＣＬＥＣＴ（Ｃ—ｔｙｐｅ１ｅｃｔｉｎ）結(jié)構(gòu)域和１個(gè)ＣＣＰ（Ｄｏｍａｉｌｌ

ｃｏｎ缸Ｄｌ

ａｂｕＩｌｄａｎｔｉｎｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔ

ａｃｉｄ

ｐｒｏｔｅｉｌｌｓ）結(jié)構(gòu)域，主要參與細(xì)胞粘附、透明質(zhì)酸結(jié)合（ｈｙａｌｕｒｏｎｊｃ

ｂｉｎｄｉｎｇ）、鈣離子結(jié)合、糖胺聚糖結(jié)合（９１ｙｃｏｓａｎｌｍｇｌｙｃａＩｌ

質(zhì)、ＣｅＵａｄｌｌｅｓｉｏｎｍｏｌｅｃｕｌｅｓ（ＣＪ～Ｍｓ）等分子功能及信號(hào)通路。七、研究目的與意義

ｂｉｎｄｉＩｌｇ）、細(xì)胞外基

（一）從分子水平揭示了前列腺癌轉(zhuǎn)移的發(fā)生機(jī)制

隨著生活方式的改變及人口的老齡化等因素的影響，我國(guó)前列腺癌發(fā)生率的逐年增長(zhǎng)已成為一個(gè)不可避免的問(wèn)題，對(duì)男性健康造成嚴(yán)重威脅。前列腺癌

多發(fā)生在外周帶，早期無(wú)特異性癥狀，病變發(fā)展到晚期，則多發(fā)生局部浸潤(rùn)或遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，盆腔淋巴結(jié)是ＰＣａ最早和常見(jiàn)轉(zhuǎn)移部位，骨轉(zhuǎn)移是ＰＣａ重要的臨床特征和主要致死原因，局限性的ＰＣａ患者５年生存率幾乎１００％，而發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的ＰＣａ患者５年生存率下降到約為２９％，前列腺癌患者一旦發(fā)生轉(zhuǎn)移不僅預(yù)

后差，而且嚴(yán)重影響其生活質(zhì)量。轉(zhuǎn)移性前列腺癌患者的內(nèi)分泌治療屬于姑息

治療，其治療目的主要是在于減少或消除雄激素對(duì)前列腺生長(zhǎng)的促進(jìn)作用，控

博士學(xué)位論文

制前列腺癌的進(jìn)展，減少相關(guān)癥狀，提高生活質(zhì)量，目前對(duì)于臨床醫(yī)師來(lái)講其治療仍舊是巨大的挑戰(zhàn)。前列腺癌轉(zhuǎn)移發(fā)生的的機(jī)制很多，但是確切的致病機(jī)理不是很清楚。因此確定前列腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)基因集，通過(guò)生物信息學(xué)的方法對(duì)ＰＣａ相關(guān)基因集進(jìn)行分析，從基因表達(dá)水平探討了ＰＣａ轉(zhuǎn)移發(fā)生的可能分子機(jī)制。同時(shí)構(gòu)建了ＰＣａ轉(zhuǎn)移發(fā)生相關(guān)基因相互作用網(wǎng)絡(luò)，為前列腺癌發(fā)生分子機(jī)

制研究提供了新的研究思路。

（二）為臨床診治提供基因靶點(diǎn)及新治療藥物

研究前列腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)基因集，能為ＰＣａ的臨床早期診斷、預(yù)防、易感性預(yù)測(cè)及治療提供分子靶點(diǎn)及藥物作用靶點(diǎn)；這對(duì)提高前列腺癌轉(zhuǎn)移的療效及預(yù)后的判斷有指導(dǎo)作用。

（三）為腫瘤的發(fā)病機(jī)制及治療靶點(diǎn)篩選提供新的思路

利用ＢＲＢ．Ａ盯ａｙＴｏｏｌｓ

４．３．Ｏ

Ｂｅｔａ軟件對(duì)前列腺癌相關(guān)基因進(jìn)行篩選以及生物

信息學(xué)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行再次挖掘，可以找到有意義的生物信息，為腫瘤的發(fā)病機(jī)制及治療靶點(diǎn)的篩選提供新的思路同時(shí)又避免資源浪費(fèi)。

第一章前列腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的生物信息學(xué)分析

第一章前列腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的生物信息學(xué)分析

前列腺癌（ｐｒｏｓ訛ｃａｌｌｃｅｒ，ＰＣ）是泌尿系統(tǒng)最常見(jiàn)腫瘤之一，其發(fā)病率在美

國(guó)居男性惡性腫瘤之首，占男性死亡原因的第二位，僅此于肺癌【ｌ】。近２０年來(lái)，，與生活方式、壽命延長(zhǎng)、人口老齡化以及診斷技術(shù)的提高有關(guān)【２】。前列腺癌多發(fā)

生在外周帶，早期無(wú)特異性癥狀，病變發(fā)展到晚期，則多發(fā)生局部浸潤(rùn)或遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。盆腔淋巴結(jié)是ＰＣａ最早和常見(jiàn)轉(zhuǎn)移部位【３１，骨轉(zhuǎn)移是ＰＣａ重要的臨床特

征和主要致死原因，局限性的ＰＣａ患者５年生存率幾乎１００％，而發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的

而且嚴(yán)重影響其生活質(zhì)量【１，４１。

基因芯片是２０世紀(jì)９０年代中期以來(lái)隨著人類(lèi)基因組計(jì)劃快速發(fā)展起來(lái)的

分子生物學(xué)高新技術(shù)，具有高通量、高集成、微型化、平行化、多樣化和自動(dòng)化等特點(diǎn)它能夠平行、高通量地檢測(cè)成千上萬(wàn)基因轉(zhuǎn)錄體的表達(dá)水平，基因芯片已廣泛應(yīng)用于疾病基因表達(dá)譜分析、尋找疾病相關(guān)基因、惡性腫瘤相關(guān)基因的

篩查、藥物作用靶標(biāo)、腫瘤預(yù)后、復(fù)雜疾病的致病機(jī)制分析等方面口３，３８｜。本研究

利用基因芯片分析軟件ＢＲＢ—ＡｒｒａｙＴｏＯｌｓ

４．３．０

Ｂｅｔａ對(duì)來(lái)自基因芯片公共數(shù)據(jù)

庫(kù)ＧＥＯ的前列腺癌轉(zhuǎn)移基因表達(dá)譜芯片數(shù)據(jù)作進(jìn)一步生物信息學(xué)分析，從而進(jìn)一步了解前列腺癌轉(zhuǎn)移發(fā)病的分子機(jī)理，為腫瘤防治找到一些有效手段。

１材料和方法

１．１芯片平臺(tái)

本研究所用到的芯片數(shù)據(jù)平臺(tái)是ＧＰＬ８３００芯片平臺(tái)【３４１（［ＨＧＵ９５Ａｖ２］

Ａ螄ｎｅｔｒｉｘ

ＨｕｍａＩｌＧｅｎｏｍｅＵ９５Ｖｅｒｓｉｏｎ２Ａｒｒａｙ），是Ａ毋，Ｉｎｅｔｒｉｘ的產(chǎn)品，代表

１０，０００條人全長(zhǎng)基因，其基本信息見(jiàn)（表１．１），截至２０１４年３月，ＧＰＬ８３００平臺(tái)總共包含了２８７個(gè)ＧＳＥ中的５３０９個(gè)樣品芯片數(shù)據(jù)信息。本研究涉及的ＧＳＥ６９１９

我國(guó)前列腺癌的發(fā)病率也呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)，并且發(fā)病年齡也日趨年輕化，可能

ＰＣａ患者５年生存率下降到約為２９％，前列腺癌患者一旦發(fā)生轉(zhuǎn)移不僅預(yù)后差，

———————————————羔堂堡笙查

數(shù)據(jù)集的８６個(gè)樣本均采用ＧＰＬ８３００芯片平臺(tái)。

表１—１Ｔ曲．１－１

３ｔａ【ｍｓ１‘１。

ＧＰＬ８３００基因芯片平臺(tái)基本信息

Ｂ舔ｉｃｉ１１ｆ研ｍａｔｉｏｎ０ｆＧＰＬ８３００

—瓦ｉ————一—葡贏而麗孬麗——————————一——磊ｉ——————～——＝＝ｉ＝＿＝＿＿————————————一ｖ蕊ｉ徹五二廠—～

ＰｌＩｂｌｉｃｏｎＭａｒｌ６．２００９

１

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  本文關(guān)鍵詞：前列腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的生物信息學(xué)分析及功能預(yù)測(cè)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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