Bioinformatisk undersøgelse af klinisk prognose for leverkræft og målrettet behandling med traditionel kinesisk medicin baseret på screening af vigtige patogene gener
Primær leverkræft er den tredjestørste årsag til kræftrelaterede dødsfald på verdensplan, og hepatocellulært karcinom (HCC) er den mest almindelige form for primær leverkræft. Risikofaktorerne omfatter hovedsageligt hepatitis B virus (HBV)/hepatitis C virus (HCV)-infektion, langvarig overdreven alkoholindtagelse, indtagelse af fødevarer forurenet med Aspergillus flavus, levercirrhose forårsaget af forskellige årsager og en familiehistorie med hepatocellulært karcinom. Tidlig diagnose af hepatocellulært karcinom er ofte afhængig af biomarkører, som anvendes i vid udstrækning i klinisk praksis. Biomarkører kommer hovedsageligt fra serum, plasma, mikroRNA'er i væv, muterede gener, proteiner osv. Mange patienter, der diagnosticeres med leverkræft, er normalt i det sene inoperable stadie. Efter palliativ behandling er den mediane overlevelsestid kun 6-12 måneder, og den 5-årige overlevelsesrate er kun 10%. Derfor har screening af vigtige patogene gener for leverkræft vigtig klinisk betydning for tidlig diagnose og analyse af prognosen for leverkræft hos patienter med leverkræft.

Den hurtige udvikling af high-throughput-sekventeringsteknologi har ændret forskningsmetoden inden for biomedicinsk videnskab. Gensekventering giver en ny forståelse af tumorbiologiske spørgsmål som f.eks. tumorernes patogenese og har en vigtig referenceværdi for diagnose, prognose og valg af behandling af tumorer. Bioinformatiske algoritmer er afgørende for behandlingen af omics-data med høj kapacitet. Denne undersøgelse tager udgangspunkt i high-throughput gene chip data mining, introducerer viden om bioinformatiske algoritmer, indhenter leverkræftrelaterede datasæt fra GEO-databasen og analyserer forskelligt udtrykte gener mellem leverkræftvæv og normalt levervæv. Yderligere screening af vigtige patogene gener af leverkræft fra differentielt udtrykte gener, udforskning af de biologiske funktioner af nøglegener og deres involvering i signalveje, mutationer, immuninfiltration og deres indvirkning på klinisk prognose og yderligere screening af potentielle traditionelle kinesiske lægemidler til behandling af leverkræft med det formål at give teoretisk reference og videnskabeligt grundlag for den kliniske diagnose, behandling og prognosedømmelse af leverkræft.

 

Leverkræft er en af de mest almindelige kræftformer på verdensplan, hvor ca. 840000 mennesker lider af det hvert år, og mindst 780000 dør af det. Kina er et stort land med hepatitis. Stigningen i forekomsten af hepatitis har øget antallet af leverkræftpatienter. Omkring 50% af alle leverkræftpatienter i verden kommer fra Kina. På nuværende tidspunkt omfatter behandlingen af tidlig leverkræft hovedsageligt kirurgisk resektion, radiofrekvensablation og levertransplantation. I mellemstadiet anvendes normalt en kombination af forskellige metoder som kirurgi, radiofrekvensablation, målrettet terapi, immunterapi og kemoterapi; i det sene stadie anvendes for det meste understøttende behandling. Leverkræft er en ondartet tumor med en meget høj tilbagefaldsrate. Med radikale behandlingsmetoder som kirurgisk resektion er tilbagefaldshastigheden inden for 5 år stadig så høj som 77%. Derfor kan klinisk behandling med en kombination af traditionel kinesisk og vestlig medicin og traditionel kinesisk medicin overvejes. Traditionel kinesisk medicin har ikke et specifikt udtryk for leverkræft. Baseret på dens symptomer klassificeres den ofte som en sygdomskategori såsom "syndromdifferentiering", "leverakkumulering", "gulsot" og "hævelse". Behandlingen af leverkræft med traditionel kinesisk medicin inkluderer behandling af traditionel kinesisk medicinforbindelse, behandling af enhedskinesisk medicin / traditionel kinesisk patentmedicin og enkle præparater samt ekstern behandling såsom akupunktur og moxibustion og acupoint-applikation; Kombinationen af traditionel kinesisk medicin og vestlig medicin inkluderer hovedsageligt traditionel kinesisk medicin kombineret med kirurgisk behandling, traditionel kinesisk medicin kombineret med radiofrekvensablation, traditionel kinesisk medicin kombineret med målrettet terapi og traditionel kinesisk medicin kombineret med kemoterapi for at reducere komplikationer, lindre bivirkninger og forsinke tumorrecidiv og metastase. Denne artikel analyserer chipdatasættet med leverkræft fra det molekylære mekanismeniveau ved at bruge bioinformatik-relateret viden, udvinde dets patogene nøglegener og analysere betydningen af nøglegener i prognosen for leverkræft. Desuden screenes potentielle traditionelle kinesiske lægemidler til behandling af leverkræft gennem screening af nøglegener. Denne undersøgelse har til formål at skabe et videnskabeligt grundlag og en reference for differentialdiagnose, prognose og behandling af leverkræft.

GO-funktionel og KEGG-vejberigelsesanalyse afslørede, at forskelligt udtrykte gener hovedsageligt er involveret i biologiske processer såsom immunrespons, inflammatorisk respons og celleadhæsion, der involverer signalveje, herunder p53, mTOR, ErbB osv. Forskning har vist, at reaktionen mellem tumor testis antigen og Sal som protein 4 med specifikke T-celler kan spille en vigtig rolle i kontrollen af tidlig leverkræft; Sletning af nukleotid de bindende oligomeriseringsdomæne 2 i leveren kan inducere forekomsten af leverkræft gennem betændelse, DNA-skade og genomisk ustabilitet; Interferon - γ afledt af NK-celler kan fremme forekomsten af leverkræft gennem epitelcelleadhæsionsmolekylets epiteliale mesenchymale overgangsproces i HBV-transgene mus; Derudover har undersøgelser vist, at miR-621 kan forbedre strålefølsomheden hos leverkræftceller ved at aktivere p53-signalvejen; Den stærkt udtrykte proteasomaktivitetsunderenhed 4 kan fremme spredning af leverkræftceller gennem mTOR-signalvejen; Epithelial V-lignende antigen 1 kan opregulere ErbB3-PI3K-signalvejen og derved fremme progression og metastase af leverkræft.

Proteininteraktionsanalyse identificerede 10 nøglegener, der var stærkt udtrykt i leverkræftvæv, nemlig CDC20 CCNB2、CCNB1、BUB1、BIRC5、AURKA、TOP2A、NCAPH、CDK1。 Prognostisk analyse af disse 10 nøglegener afslørede, at den høje ekspressionsgruppe af nøglegener signifikant reducerede den samlede overlevelse af leverkræftpatienter, og disse nøglegener var positivt korreleret med de patologiske analyseresultater af leverkræft. Forskning har vist, at udtrykket af CDC20 i leverkræftvæv er højere end i normalt væv (P<0,05), og leverkræftpatienter med højt udtryk for CDC20 har en lavere samlet overlevelsesrate; Forskning har vist, at leverkræftpatienter med høje niveauer af CCNB2 har kortere 5-årig samlet overlevelse og sygdomsfri overlevelse sammenlignet med dem med lave niveauer af CCNB2; Andre undersøgelser har vist, at højere niveauer af BUB1B kan påvises i leverkræftvæv, og overekspression af BUB1B er positivt korreleret med negative kliniske og patologiske manifestationer.

Yderligere ekspressionsvalidering og mutationsanalyse af 10 nøglegener afslørede, at de blev stærkt udtrykt i leverkræftvæv, hvor proteinekspressionsniveauerne af CDC20, CCNB1, TOP2A og NCAPH steg i varierende grad i leverkræftvæv; Derudover er der en vis grad af mutation i nøglegener i leverkræftvæv, og leverkræftpatienter, der bærer dette muterede nøglegen, har en dårligere prognose. Immuncelleinfiltrationsanalysen af nøglegener fandt, at udtrykket af nøglegener er positivt korreleret med graden af infiltration af B-celler, CD8 + T-celler, CD4 + T-celler, makrofager, neutrofiler og dendritiske celler. Yang Gang et al. brugte immunhistokemi til at påvise proteinekspressionsniveauet af CDC20 i leverkræftvæv, og resultaterne viste, at høj ekspression af CDC20 blev observeret i 59,2% af hepatocellulære karcinom-prøver. Rong Min Hua et al. fandt, at mRNA og protein fra CCNB1 er overudtrykt i hepatocellulært karcinomvæv, og CCNB1 kan deltage i HCC's cellecyklus ved at regulere DNA-replikation. Disse resultater indikerer, at de forudsagte resultater i denne artikel har god pålidelighed og nøjagtighed.

Screeningsresultaterne af potentielle terapeutiske lægemidler viste, at CCNB1, BIRC5, CDK1 og CDC20 screenede et stort antal traditionelle kinesiske lægemidler, og CDK1, CCNB1, BIRC5 og TOP2A bandt et stort antal potentielle naturlige terapeutiske ingredienser. CDK1, CCNB1 og BIRC5 kan være universelle mål for lægemiddelterapi. Artemisia annua, galangal og vintergræs kan virke på 2-3 nøglegener og er potentielle traditionelle kinesiske lægemidler til behandling af leverkræft. Forskning har vist, at artemisinin er den aktive ingrediens i Artemisia annua, som kan regulere spredning, apoptose og angiogenese af leverkræftceller gennem forskellige veje som EGFR; Den effektive ingrediens i galangal er galangin, som kan forhindre hepatocellulært karcinom gennem endoplasmatisk retikulumstress og mitokondrieafhængig apoptose; Vintergræs kan øge følsomheden af leverkræft over for sorafenib anticancereffekter ved at målrette AKT-vejen. Ifølge traditionel kinesisk medicinteori er den vigtigste patogenese af hepatocellulært karcinom "blodstasis", "toksicitet" og "mangel". Traditionel kinesisk medicin spiller en rolle i at støtte kroppen, eliminere det onde, angribe toksiner og bekæmpe kræft på molekylært niveau og opnå en tilstand af balance mellem yin og yang i kroppen. Sammenlignet med traditionel vestlig medicinbehandling har traditionel kinesisk medicin potentielle fordele i behandlingen af hepatocellulært karcinom, hvilket afspejles i de små bivirkninger, lav forekomst af bivirkninger, langsom tumorvækst, reduceret tilbagefald og metastase, forbedret livskvalitet for patienter og forlænget overlevelsescyklus.

Sammenfattende fandt denne undersøgelse, at forekomsten og udviklingen af leverkræft har karakteristika for flere gener, veje og funktioner. I alt 10 nøglegener til patogenese af leverkræft blev screenet og opnået; Ekspressionsniveauerne for disse gener og deres proteinprodukter er forhøjede hos leverkræftpatienter og er tæt forbundet med den dårlige prognose for leverkræft og graden af immuncelleinfiltration; Yderligere udforskning afslørede 36 potentielle traditionelle kinesiske lægemidler til målrettet behandling af leverkræft, herunder artemisia annua, galangal og vintergræs, samt 105 naturlige aktive ingredienser. Forskningsresultaterne i denne artikel kan give videnskabeligt grundlag for den kliniske diagnose, prognosebedømmelse og relateret behandling af leverkræft.