Bioinformatikai tanulmány a májrák klinikai prognózisáról és a hagyományos kínai orvoslással történő célzott terápiáról a kulcsfontosságú patogén gének szűrése alapján
A primer májrák világszerte a harmadik vezető oka a rák okozta halálozásoknak, és a hepatocelluláris karcinóma (HCC) az elsődleges májrák leggyakoribb típusa. Rizikófaktorai közé tartozik elsősorban a hepatitis B vírus (HBV)/hepatitis C vírus (HCV) fertőzés, a hosszú távú túlzott alkoholfogyasztás, az Aspergillus flavusszal szennyezett élelmiszerek fogyasztása, a különböző okokból kialakult májzsugor, valamint a májsejtes karcinóma családi előzményei. A hepatocelluláris karcinóma korai diagnózisa gyakran a klinikai gyakorlatban széles körben alkalmazott biomarkerekre támaszkodik. A biomarkerek főként a szérumból, plazmából, a szövetekben lévő mikroRNS-ekből, mutálódott génekből, fehérjékből stb. származnak. Sok májrákkal diagnosztizált beteg általában a késői, nem operálható stádiumban van. A palliatív kezelés után a medián túlélési idő csak 6-12 hónap, és az 5 éves túlélési arány csak 10%. Ezért a májrák kulcsfontosságú patogén génjeinek szűrése fontos klinikai jelentőséggel bír a májrák korai diagnózisa és a májrák prognózisának elemzése szempontjából a májrákos betegeknél.

A nagy áteresztőképességű szekvenálási technológia gyors fejlődése megváltoztatta az orvosbiológiai tudomány kutatási módját. A génszekvenálás új ismereteket nyújt a tumorbiológiai kérdésekről, például a daganatok patogeneziséről, és fontos referenciaértékkel bír a daganatok diagnózisában, prognózisában és kezelésének kiválasztásában. A bioinformatikai algoritmusok kulcsfontosságúak a nagy áteresztőképességű omikai adatok feldolgozásához. Ez a tanulmány a nagy áteresztőképességű génchipes adatbányászatot tekinti kiindulópontnak, bioinformatikai algoritmus-ismereteket vezet be, májrákkal kapcsolatos adatkészleteket szerez a GEO adatbázisból, és elemzi a májrákszövet és a normál májszövet között differenciálisan kifejezett géneket. A májrák kulcsfontosságú patogén génjeinek további szűrése a differenciálisan kifejezett génekből, a kulcsfontosságú gének biológiai funkcióinak és a jelátviteli útvonalakban, mutációkban, immunszűrésben való részvételüknek, valamint a klinikai prognózisra gyakorolt hatásuknak a feltárása, valamint a májrák kezelésére szolgáló potenciális hagyományos kínai gyógyszerek további szűrése, azzal a céllal, hogy elméleti referenciát és tudományos alapot nyújtson a májrák klinikai diagnózisához, kezeléséhez és prognózisának megítéléséhez.

 

A májrák az egyik leggyakoribb rákos megbetegedés világszerte, évente körülbelül 840000 ember szenved tőle, és legalább 780000 ember hal meg miatta. Kínában nagy a májgyulladás. A hepatitis előfordulási arányának növekedése növelte a májrákos betegek számát. A világon a májrákos betegek mintegy 50%-je Kínából származik. Jelenleg a korai májrák kezelése főként a sebészi reszekciót, a rádiófrekvenciás ablációt és a májátültetést foglalja magában. A középső stádiumban általában különböző módszerek kombinációját alkalmazzák, mint például a műtét, a rádiófrekvenciás abláció, a célzott terápia, az immunterápia és a kemoterápia; a késői stádiumban többnyire szupportív kezelést alkalmaznak. A májrák rosszindulatú daganat, amelynek nagyon magas a kiújulási aránya. A radikális kezelési módszerek, például a sebészi reszekció esetén a kiújulási arány 5 éven belül még mindig olyan magas, mint 77%. Ezért a hagyományos kínai és a nyugati orvoslás és a hagyományos kínai orvoslás kombinációjával végzett klinikai kezelés megfontolandó. A hagyományos kínai orvoslásnak nincs külön kifejezése a májrákra. Tünetei alapján gyakran betegségkategóriába sorolják, mint például "szindróma differenciálódás", "májgyülem", "sárgaság" és "duzzanat". A májrák hagyományos kínai orvoslással történő kezelése magában foglalja a hagyományos kínai gyógyszerkeverékkel történő kezelést, az egység kínai gyógyszer/hagyományos kínai szabadalmi gyógyszerek és egyszerű készítmények kezelését, valamint a külső kezelést, mint például az akupunktúra és a moxibusztion és az akupontok alkalmazása; A hagyományos kínai orvoslás és a nyugati orvoslás kombinációja főként a hagyományos kínai orvoslás sebészeti kezeléssel kombinált, a hagyományos kínai orvoslás rádiófrekvenciás ablációval kombinált, a hagyományos kínai orvoslás célzott terápiával kombinált és a hagyományos kínai orvoslás kemoterápiával kombinált, a szövődmények csökkentése, a mellékhatások enyhítése, valamint a tumor kiújulásának és áttétképződésének késleltetése érdekében. Ez a cikk a májrák chip-adatkészletét elemzi a molekuláris mechanizmusok szintjéről a bioinformatikai kapcsolódó ismeretek felhasználásával, a patogén kulcsgének bányászatával és a kulcsgének jelentőségének elemzésével a májrák prognózisában. Továbbá a májrák kezelésére alkalmas potenciális hagyományos kínai gyógyszereket szűrjük a kulcsgének szűrésével. E tanulmány célja, hogy tudományos alapot és referenciát nyújtson a májrák differenciáldiagnózisához, prognózisához és kezeléséhez.

A GO funkcionális és KEGG útvonalak gazdagodási elemzése kimutatta, hogy a differenciálisan expresszált gének főként olyan biológiai folyamatokban vesznek részt, mint az immunválasz, a gyulladásos válasz és a sejtadhézió, beleértve a p53, mTOR, ErbB stb. jelátviteli útvonalakat. A kutatások azt mutatták, hogy a tumoros here antigén és a Sal like protein 4 specifikus T-sejtekkel való reakciója fontos szerepet játszhat a korai májrák ellenőrzésében; A nukleotid de-kötő oligomerizációs domain 2 deléciója a májban gyulladás, DNS-károsodás és genomi instabilitás révén indukálhatja a májrák előfordulását; Az NK sejtekből származó interferon - γ elősegítheti a májrák előfordulását az epithelialis sejtadhéziós molekula epithelialis mesenchymal transition folyamatán keresztül HBV transzgenikus egerekben; Emellett vizsgálatok kimutatták, hogy a miR-621 a p53 jelátviteli útvonal aktiválásával fokozhatja a májráksejtek sugárérzékenységét; A magasan expresszálódó 4. proteaszóma aktivitás alegység elősegítheti a májráksejtek proliferációját az mTOR jelátviteli útvonalon keresztül; Az Epithelial V-like antigen 1 felszabályozhatja az ErbB3-PI3K jelátviteli útvonalat, ezáltal elősegítve a májrák progresszióját és metasztázisát.

A fehérjeinterakció-elemzés 10 kulcsfontosságú gént azonosított, amelyek a májrákos szövetekben magasan expresszálódnak, nevezetesen a CDC20 CCNB2、CCNB1、BUB1、BIRC5、AURKA、TOP2A、NCAPH、CDK1。 E 10 kulcsfontosságú gén prognosztikai elemzése kimutatta, hogy a kulcsfontosságú gének magas expressziós csoportja jelentősen csökkentette a májrákos betegek teljes túlélését, és ezek a kulcsgének pozitívan korreláltak a májrák patológiai elemzési eredményeivel. A kutatások kimutatták, hogy a CDC20 expressziója a májrákos szövetekben magasabb, mint a normál szövetekben (P<0,05), és a CDC20 magas expressziójával rendelkező májrákos betegeknél alacsonyabb az általános túlélési arány; A kutatások kimutatták, hogy a CCNB2 magas szintjével rendelkező májrákos betegeknél rövidebb az 5 éves általános túlélés és a betegségmentes túlélés, mint az alacsony CCNB2-szintű betegeknél; Más vizsgálatok kimutatták, hogy a BUB1B magasabb szintje kimutatható a májrákos szövetekben, és a BUB1B túlterjedése pozitívan korrelál a kedvezőtlen klinikai és patológiai megnyilvánulásokkal.

A 10 kulcsgén további expressziós validációja és mutációelemzése kimutatta, hogy a májrákos szövetekben nagymértékben kifejeződtek, a CDC20, CCNB1, TOP2A és NCAPH fehérje expressziós szintje különböző mértékben emelkedik a májrákos szövetekben; Ezenkívül a májrákos szövetekben a kulcsgének bizonyos fokú mutációja van, és a mutált kulcsgént hordozó májrákos betegek rosszabb prognózissal rendelkeznek. A kulcsgének immunsejt-infiltrációjának elemzése azt mutatta, hogy a kulcsgének expressziója pozitívan korrelál a B-sejtek, CD8+T-sejtek, CD4+T-sejtek, makrofágok, neutrofilek és dendritikus sejtek infiltrációjának mértékével. Yang Gang és munkatársai immunhisztokémiát használtak a CDC20 fehérjeexpressziós szintjének kimutatására májrákos szövetekben, és az eredmények azt mutatták, hogy a CDC20 magas expressziója a májsejtes karcinóma minták 59,2%-ében volt megfigyelhető. Rong Min Hua és munkatársai megállapították, hogy a CCNB1 mRNS-e és fehérjéje túlreprezentált a hepatocelluláris karcinóma szöveteiben, és a CCNB1 a DNS-replikáció szabályozásával részt vehet a HCC sejtciklusában. Ezek az eredmények azt jelzik, hogy a cikkben szereplő előrejelzett eredmények jó megbízhatósággal és pontossággal rendelkeznek.

A potenciális terápiás gyógyszerek szűrési eredményei azt mutatták, hogy a CCNB1, BIRC5, CDK1 és CDC20 nagyszámú hagyományos kínai gyógyszert szűr, és a CDK1, CCNB1, BIRC5 és TOP2A nagyszámú potenciális természetes terápiás összetevőt kötött. A CDK1, a CCNB1 és a BIRC5 univerzális célpontok lehetnek a gyógyszeres terápia számára. Az Artemisia annua, a galangal és a téli fű 2-3 kulcsfontosságú génre hathatnak, és potenciális hagyományos kínai gyógyszerek a májrák kezelésére. A kutatások kimutatták, hogy az artemisinin az Artemisia annua hatóanyaga, amely különböző útvonalakon, például az EGFR-en keresztül szabályozhatja a májrákos sejtek proliferációját, apoptózisát és angiogenezisét; a galangal hatékony összetevője a galangin, amely az endoplazmatikus retikulum stressz és a mitokondriumfüggő apoptózis révén megelőzheti a májrákot; a téli fű az AKT útvonal megcélzásával fokozhatja a májrák érzékenységét a sorafenib rákellenes hatásaira. A hagyományos kínai orvoslás elmélete szerint a májsejtes karcinóma fő patogenezise a "vér pangása", a "toxicitás" és a "hiány". A hagyományos kínai orvoslás szerepet játszik a szervezet támogatásában, a rossz megszüntetésében, a toxinok megtámadásában és a rák elleni küzdelemben molekuláris szinten, a testben a jin és a jang közötti egyensúlyi állapot elérésében. A hagyományos nyugati orvoslással összehasonlítva a hagyományos kínai orvoslásnak potenciális előnyei vannak a hepatocelluláris karcinóma kezelésében, amelyek a kis mellékhatásokban, a mellékhatások alacsony előfordulási gyakoriságában, a tumor lassú növekedésében, a kiújulás és áttétképződés csökkentésében, a betegek jobb életminőségében és a túlélési ciklus meghosszabbításában tükröződnek.

Összefoglalva, ez a tanulmány megállapította, hogy a májrák előfordulása és kialakulása több gén, útvonal és funkció jellemzőivel rendelkezik. A májrák patogenezisének összesen 10 kulcsfontosságú génjét vizsgálták és nyerték meg; e gének és fehérjetermékeik expressziós szintje emelkedett a májrákos betegeknél, és szorosan összefügg a májrák rossz prognózisával és az immunsejtek beszivárgásának mértékével; a további feltárás 36 potenciális hagyományos kínai gyógyszert tárt fel a májrák célzott kezelésére, beleértve az artemisia annua, a galangal és a téli fű, valamint 105 természetes hatóanyagot. A cikk kutatási eredményei tudományos alapot nyújthatnak a májrák klinikai diagnózisához, prognózisának megítéléséhez és a kapcsolódó kezeléshez.