Bioinformatik-Studie über die klinische Prognose von Leberkrebs und gezielte Therapie mit traditioneller chinesischer Medizin auf der Grundlage eines Screenings der wichtigsten pathogenen Gene
Primärer Leberkrebs ist weltweit die dritthäufigste Ursache für krebsbedingte Todesfälle, und das hepatozelluläre Karzinom (HCC) ist die häufigste Form von primärem Leberkrebs. Zu den Risikofaktoren gehören vor allem eine Infektion mit dem Hepatitis-B-Virus (HBV)/Hepatitis-C-Virus (HCV), langfristiger übermäßiger Alkoholkonsum, der Verzehr von mit Aspergillus flavus kontaminierten Lebensmitteln, eine Leberzirrhose aus verschiedenen Gründen sowie eine familiäre Vorbelastung mit einem hepatozellulären Karzinom. Die Frühdiagnose des hepatozellulären Karzinoms stützt sich häufig auf Biomarker, die in der klinischen Praxis weit verbreitet sind. Biomarker stammen hauptsächlich aus Serum, Plasma, mikroRNAs in Geweben, mutierten Genen, Proteinen usw. Viele Patienten, bei denen Leberkrebs diagnostiziert wird, befinden sich in der Regel in einem späten, inoperablen Stadium. Nach einer palliativen Behandlung beträgt die mediane Überlebenszeit nur 6-12 Monate, und die 5-Jahres-Überlebensrate liegt bei nur 10%. Daher ist das Screening pathogener Schlüsselgene von Leberkrebs von großer klinischer Bedeutung für die Frühdiagnose und die Analyse der Prognose von Leberkrebs bei Patienten mit Leberkrebs.

Die rasche Entwicklung der Hochdurchsatz-Sequenzierungstechnologie hat den Forschungsmodus der biomedizinischen Wissenschaft verändert. Die Gensequenzierung ermöglicht ein neues Verständnis der Tumorbiologie, z. B. der Pathogenese von Tumoren, und hat einen wichtigen Referenzwert für die Diagnose, Prognose und Behandlungsauswahl von Tumoren. Bioinformatik-Algorithmen sind für die Verarbeitung von Omics-Daten mit hohem Durchsatz von entscheidender Bedeutung. Diese Studie nimmt das High-Throughput-Genchip-Data-Mining als Ausgangspunkt, führt bioinformatisches Algorithmenwissen ein, bezieht Datensätze zu Leberkrebs aus der GEO-Datenbank und analysiert die unterschiedlich exprimierten Gene zwischen Leberkrebsgewebe und normalem Lebergewebe. Weitere Screening pathogenen Schlüsselgene von Leberkrebs aus differentiell exprimierten Genen, die Erforschung der biologischen Funktionen von Schlüsselgenen und ihre Beteiligung an Signalwege, Mutationen, Immuninfiltration, und ihre Auswirkungen auf die klinische Prognose, und weitere Screening potenzielle traditionelle chinesische Medizin für die Behandlung von Leberkrebs, mit dem Ziel, theoretische Referenz und wissenschaftliche Grundlage für die klinische Diagnose, Behandlung und Prognose Beurteilung von Leberkrebs zu liefern.

 

Leberkrebs ist eine der häufigsten Krebsarten weltweit. Jedes Jahr erkranken etwa 840000 Menschen daran und mindestens 780000 sterben daran. China ist ein großes Land mit Hepatitis. Mit der Zunahme der Hepatitis-Inzidenzrate ist auch die Zahl der Leberkrebspatienten gestiegen. Etwa 50% der Leberkrebspatienten in der Welt kommen aus China. Gegenwärtig umfasst die Behandlung von Leberkrebs im Frühstadium hauptsächlich die chirurgische Resektion, die Radiofrequenzablation und die Lebertransplantation. Im mittleren Stadium wird in der Regel eine Kombination verschiedener Methoden wie Chirurgie, Radiofrequenzablation, gezielte Therapie, Immuntherapie und Chemotherapie eingesetzt; im späten Stadium wird meist eine unterstützende Behandlung angewandt. Leberkrebs ist ein bösartiger Tumor mit einer sehr hohen Rezidivrate. Bei radikalen Behandlungsmethoden wie der chirurgischen Resektion ist die Rezidivrate innerhalb von 5 Jahren immer noch so hoch wie 77%. Daher kann eine klinische Behandlung mit einer Kombination aus traditioneller chinesischer und westlicher Medizin und traditioneller chinesischer Medizin in Betracht gezogen werden. In der traditionellen chinesischen Medizin gibt es keinen spezifischen Begriff für Leberkrebs. Anhand seiner Symptome wird er häufig in eine Krankheitsgruppe wie "Differenzierungssyndrom", "Leberansammlung", "Gelbsucht" und "Schwellung" eingeordnet. Die Behandlung von Leberkrebs mit traditioneller chinesischer Medizin umfasst die Behandlung mit traditioneller chinesischer Medizin, die Behandlung mit einheitlicher chinesischer Medizin/traditionellen chinesischen Patentarzneimitteln und einfachen Präparaten sowie die äußere Behandlung wie Akupunktur und Moxibustion und die Anwendung von Akupunkturpunkten. Die Kombination von traditioneller chinesischer Medizin und westlicher Medizin umfasst hauptsächlich die traditionelle chinesische Medizin in Verbindung mit chirurgischer Behandlung, die traditionelle chinesische Medizin in Verbindung mit Radiofrequenzablation, die traditionelle chinesische Medizin in Verbindung mit gezielter Therapie und die traditionelle chinesische Medizin in Verbindung mit Chemotherapie, um Komplikationen zu verringern, Nebenwirkungen zu lindern und das Wiederauftreten des Tumors und die Metastasierung zu verzögern. In diesem Artikel wird der Chip-Datensatz von Leberkrebs auf der Ebene der molekularen Mechanismen analysiert, indem bioinformatisches Wissen verwendet wird, pathogene Schlüsselgene aufgespürt werden und die Bedeutung der Schlüsselgene für die Prognose von Leberkrebs analysiert wird. Darüber hinaus werden potenzielle traditionelle chinesische Arzneimittel zur Behandlung von Leberkrebs durch das Screening von Schlüsselgenen untersucht. Ziel dieser Studie ist es, eine wissenschaftliche Grundlage und Referenz für die Differentialdiagnose, Prognose und Behandlung von Leberkrebs zu schaffen.

Die Analyse der Anreicherung von GO-Funktionen und KEGG-Pfaden ergab, dass die unterschiedlich exprimierten Gene hauptsächlich an biologischen Prozessen wie Immunreaktion, Entzündungsreaktion und Zelladhäsion beteiligt sind und Signalwege wie p53, mTOR, ErbB usw. einbeziehen. Die Forschung hat gezeigt, dass die Reaktion zwischen dem Tumor-Hoden-Antigen und dem Sal-like-Protein 4 mit spezifischen T-Zellen eine wichtige Rolle bei der Kontrolle von frühem Leberkrebs spielen kann; die Deletion der Nukleotid-de-bindenden Oligomerisierungsdomäne 2 in der Leber kann das Auftreten von Leberkrebs durch Entzündung, DNA-Schäden und genomische Instabilität induzieren; das von NK-Zellen stammende Interferon - γ kann das Auftreten von Leberkrebs durch den Prozess des epithelialen Zelladhäsionsmoleküls und des epithelialen mesenchymalen Übergangs in HBV-transgenen Mäusen fördern; Darüber hinaus haben Studien gezeigt, dass miR-621 die Strahlenempfindlichkeit von Leberkrebszellen durch Aktivierung des p53-Signalwegs erhöhen kann; die hochexprimierte Proteasom-Aktivitätsuntereinheit 4 kann die Proliferation von Leberkrebszellen durch den mTOR-Signalweg fördern; Epitheliales V-ähnliches Antigen 1 kann den ErbB3-PI3K-Signalweg hochregulieren und dadurch das Fortschreiten und die Metastasierung von Leberkrebs fördern.

Die Proteininteraktionsanalyse identifizierte 10 Schlüsselgene, die in Leberkrebsgeweben stark exprimiert werden, nämlich CDC20 CCNB2、CCNB1、BUB1、BIRC5、AURKA、TOP2A、NCAPH、CDK1。 Die prognostische Analyse dieser 10 Schlüsselgene ergab, dass die Gruppe der Schlüsselgene mit hoher Expression das Gesamtüberleben von Leberkrebspatienten signifikant reduziert, und dass diese Schlüsselgene positiv mit den Ergebnissen der pathologischen Analyse von Leberkrebs korreliert waren. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Expression von CDC20 in Leberkrebsgewebe höher ist als in normalem Gewebe (P<0,05), und Leberkrebspatienten mit hoher Expression von CDC20 haben eine niedrigere Gesamtüberlebensrate; Untersuchungen haben gezeigt, dass Leberkrebspatienten mit hohen CCNB2-Werten eine kürzere 5-Jahres-Gesamtüberlebenszeit und ein kranheitsfreies Überleben haben als Patienten mit niedrigen CCNB2-Werten; andere Studien haben gezeigt, dass höhere BUB1B-Werte in Leberkrebsgewebe nachgewiesen werden können und dass eine Überexpression von BUB1B positiv mit negativen klinischen und pathologischen Manifestationen korreliert.

Eine weitere Expressionsvalidierung und Mutationsanalyse von 10 Schlüsselgenen ergab, dass sie in Leberkrebsgeweben stark exprimiert werden, wobei die Proteinexpression von CDC20, CCNB1, TOP2A und NCAPH in Leberkrebsgeweben in unterschiedlichem Maße ansteigt; außerdem sind Schlüsselgene in Leberkrebsgeweben bis zu einem gewissen Grad mutiert, und Leberkrebspatienten, die dieses mutierte Schlüsselgen tragen, haben eine schlechtere Prognose. Die Analyse der Immunzellinfiltration von Schlüsselgenen ergab, dass die Expression von Schlüsselgenen positiv mit dem Grad der Infiltration von B-Zellen, CD8+T-Zellen, CD4+T-Zellen, Makrophagen, Neutrophilen und dendritischen Zellen korreliert ist. Yang Gang et al. wiesen mittels Immunhistochemie die Proteinexpression von CDC20 in Leberkrebsgeweben nach, und die Ergebnisse zeigten, dass eine hohe Expression von CDC20 in 59,2% der Leberzellkarzinomproben beobachtet wurde. Rong Min Hua et al. fanden heraus, dass die mRNA und das Protein von CCNB1 in hepatozellulärem Karzinomgewebe überexprimiert sind und dass CCNB1 möglicherweise am Zellzyklus von HCC beteiligt ist, indem es die DNA-Replikation reguliert. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die in diesem Artikel vorhergesagten Ergebnisse sehr zuverlässig und genau sind.

Die Ergebnisse des Screenings potenzieller therapeutischer Wirkstoffe ergaben, dass CCNB1, BIRC5, CDK1 und CDC20 eine große Anzahl traditioneller chinesischer Arzneimittel untersuchten und dass CDK1, CCNB1, BIRC5 und TOP2A eine große Anzahl potenzieller natürlicher therapeutischer Wirkstoffe binden. CDK1, CCNB1 und BIRC5 könnten universelle Ziele für die Arzneimitteltherapie sein. Artemisia annua, Galgant und Wintergras können auf 2-3 Schlüsselgene wirken und sind potenzielle traditionelle chinesische Arzneimittel zur Behandlung von Leberkrebs. Die Forschung hat gezeigt, dass Artemisinin der Wirkstoff in Artemisia annua ist, der die Proliferation, Apoptose und Angiogenese von Leberkrebszellen über verschiedene Wege wie EGFR regulieren kann; der wirksame Inhaltsstoff von Galgant ist Galangin, das hepatozelluläres Karzinom durch endoplasmatischen Retikulumstress und mitochondrial abhängige Apoptose verhindern kann; Wintergras kann die Empfindlichkeit von Leberkrebs gegenüber der krebshemmenden Wirkung von Sorafenib erhöhen, indem es auf den AKT-Weg abzielt. Nach der Theorie der traditionellen chinesischen Medizin besteht die Hauptpathogenese des hepatozellulären Karzinoms aus "Blutstau", "Toxizität" und "Mangel". Die traditionelle chinesische Medizin spielt eine Rolle bei der Unterstützung des Körpers, der Beseitigung des Bösen, der Bekämpfung von Toxinen und der Krebsbekämpfung auf molekularer Ebene, um ein Gleichgewicht zwischen Yin und Yang im Körper herzustellen. Verglichen mit der traditionellen westlichen Medizin hat die traditionelle chinesische Medizin bei der Behandlung des Leberzellkarzinoms potenzielle Vorteile, die sich in den geringen Nebenwirkungen, dem geringen Auftreten von Nebenwirkungen, dem langsamen Tumorwachstum, der Verringerung von Rezidiven und Metastasen, der Verbesserung der Lebensqualität der Patienten und der Verlängerung des Überlebenszyklus zeigen.

Zusammenfassend wurde in dieser Studie festgestellt, dass das Auftreten und die Entwicklung von Leberkrebs durch eine Vielzahl von Genen, Signalwegen und Funktionen bedingt ist. Insgesamt 10 Schlüsselgene für die Pathogenese von Leberkrebs wurden gescreent und erhalten; Die Expressionsniveaus dieser Gene und ihrer Proteinprodukte sind bei Leberkrebspatienten erhöht und stehen in engem Zusammenhang mit der schlechten Prognose von Leberkrebs und dem Grad der Immunzellinfiltration; Weitere Exploration ergab 36 potenzielle traditionelle chinesische Arzneimittel für die gezielte Behandlung von Leberkrebs, einschließlich Artemisia annua, Galgant und Wintergras, sowie 105 natürliche Wirkstoffe. Die Forschungsergebnisse dieses Artikels können eine wissenschaftliche Grundlage für die klinische Diagnose, die Prognosebeurteilung und die damit verbundene Behandlung von Leberkrebs liefern.