天冬酰胺合成酶(ASNS)...的表达意义及苦参碱干预机制_张浩鹏.pdf

33(1):88Feb.,2023生物技术Biotechnology第 33 卷第 1 期2023 年 2 月 收稿日期:2021-11-03 基金资助:国家自然科学基金面上项目(82074581)作者简介:张浩鹏(1991-),男,博士研究生,研究方向:中西医结合耳鼻咽喉科学,发表论文 4 篇,E-mail:。通讯作者:郭裕(1961-),男,主任医师,教授,博导,研究方向:中西医结合耳鼻咽喉科学,发表论文 100 余篇,主编专著 5 部,E-mail:。天冬酰胺合成酶(ASNS)在喉癌中的表达意义及苦参碱干预机制张浩鹏,王丽华,郭裕(上海市中医医院,上海中医药大学附属市中医医院 耳鼻咽喉科,上海 200071)摘要:目的探索天冬酰胺合成酶(ASNS)在喉癌诊断和预后中的意义及苦参碱干预机制。方法从癌症基因组图谱(TCGA)数据库下载喉癌的基因表达谱和临床数据,分析 ASNS 在喉癌组织和邻近非肿瘤组织中的表达差异,通过Logistic 回归分析评估 ASNS 与临床病理参数的关系,进一步通过 Kaplan-Meier 生存分析和单因素、多因素 Cox 回归分析判断 ASNS 与喉癌患者临床特征的相关性,并对苦参碱与 ASNS 进行分子对接,预测其结合模式和亲合力。结果喉癌组织中 ASNS 的表达高于邻近非肿瘤组织(P 0.05),ASNS 高表达患者生存时间明显短于低表达患者(P 0.05),ASNS 表达与性别、N 分期和 T 分期显著相关,性别、ASNS 可作为喉癌患者的独立预后因素,并通过调控能量代谢、细胞功能等通路发挥作用。分子对接显示苦参碱与 ASNS 存在多个结合位点,最低结合能为-8.6 kcal/mol。结论ASNS 在喉癌中高表达,是喉癌重要的诊断和预后标志物,可作为喉癌患者预后的独立预测因子,苦参碱可能通过调控 ASNS 发挥治疗喉癌的作用。关键词:天冬酰胺合成酶;喉癌;预后;分子对接中图分类号:R276.1 文献标识码:A DOI:10.16519/ki.1004-311x.2023.01.0014Expression of asparagine synthetase(ASNS)in laryngeal cancerand the mechanism of matrine interventionZHANG Hao-peng,WANG Li-hua,GUO Yu(Department of Otolaryngology,Shanghai Municipal Hospital of Traditional Chinese Medicine,Shanghai Universityof Traditional Chinese Medicine Affiliated Hospital of Traditional Chinese Medicine,Shanghai 200071,China)Abstract:Objective To explore the significance of asparagine synthetase(ASNS)in the diagnosis and prognosis of larynge-al cancer and the mechanism of matrine intervention.Method The gene expression profiles and clinical data of laryngealcancer were downloaded from the Cancer Genome Atlas(TCGA)database,the expression differences of ASNS in laryngealcancer tissues and adjacent non-tumor tissues were analyzed,the relationship between ASNS and clinicopathological parame-ters was assessed by logistic regression analysis,and the correlation between ASNS and clinical characteristics of patients withlaryngeal cancer was further explored by Kaplan-Meier survival analysis and univariate,multivariate Cox regression analysis.Molecular docking of matrine onto ASNS was performed to predict the binding mode and avidity.Result The expression ofASNS was higher in laryngeal cancer tissues than in adjacent non-tumor tissues(P 0.05),patients with high ASNS expres-sion had a significantly shorter survival time than those with low expression(P 0.05),ASNS expression was significantly as-sociated with gender,N stage and T stage.The gender,ASNS expression could be an independent prognostic factor in patientswith laryngeal cancer,and ASNS may play the role through regulating energy metabolism and cellular functions.Molecular doc-king revealed that there were several binding sites between matrine and ASNS with the lowest binding energy of-8.6 kcal/mol.Conclusion ASNS is highly expressed in laryngeal cancer and is an important diagnostic and prognostic marker for laryn-geal cancer,which could be an independent predictor of prognosis in patients with laryngeal cancer.Matrine may play a role inthe treatment of laryngeal cancer by regulating ASNS.Keywords:asparagine synthetase;laryngeal cancer;prognosis;molecular docking 喉癌是呼吸道常见的恶性肿瘤之一,多发于中老年男性,由于早期无特异性症状,大多数患者往往 1 期张浩鹏,等:天冬酰胺合成酶(ASNS)在喉癌中的表达意义及苦参碱干预机制在中晚期被确诊,虽然目前的治疗方法,如根治性切除和放化疗存在治愈的可能,但这种治疗模式往往导致吞咽、呼吸和声音功能进一步恶化,严重降低生活质量1。据统计,过去十年来虽然喉癌的发病率一直在缓慢下降,但死亡率却不降反升2,因此,迫切需要准确可靠的早期诊断方法来筛查出预后不良的高危患者,以便更早地启动新的、准确的治疗分级,提高患者生存率,改善预后。近年来,生物技术的高速发展为喉癌诊断和预后相关的生物标志物的确定提供了支持,包括 BRAP3、BCL2L124、miR-145-5p5等标志物的确定为喉癌的早期诊断和预后预测提供了可能,但仍存在特异性不强、临床转化困难等问题,因此,喉癌相关生物标志物的研究尚需进一步深入。人的天冬酰胺合成酶(ASNS)基因位于 7q21.3号染色体,长 35 kb,13 个外显子6-7,ASNS 属于氨基转移酶家族成员之一,能催化合成天冬酰胺和谷氨酸8,为蛋白质的合成提供原料。ASNS 与肿瘤细胞存活、细胞周期进展至关重要,有证据表明,高ASNS 表达水平与结直肠癌、恶性胶质瘤、乳腺癌、卵巢癌、肝癌等9-12整体预后较差有关,然而到目前为止,还没有关于 ASNS 在喉癌中的表达和功能的相关研究。苦参碱具有广泛的生物活性,如抗菌、抗病毒、抗炎、免疫调节、抗肿瘤等,研究表明,苦参碱对喉癌Hep-2 细胞、KB 细胞、KBV200 细胞有广泛的抑制作用,能抑制肿瘤细胞增殖、诱导凋亡13-14。但是,苦参碱抑制喉癌的作用机制目前仍不明确,因此,本研究通过 TCGA 数据库信息挖掘和分子对接,首次探讨了 ASNS 在喉癌中的表达意义及苦参碱干预机制研究,并采用临床相关性分析、Logistic 回归、单因素和多因素 Cox 回归、GSEA 分析以及分子对接等一系列方法,以期为喉癌的早期诊断和预后标志物提供更多证据支持。1 材料与方法1.1 材料1.1.1 数据获取从 TCGA 数据库下载喉癌患者的基因表达数据(123 例,类型:HTSeq-FPKM)和临床数据(117例),包括年龄、性别、肿瘤分级、组织学分期、T 分期、N 分期、M 分期、生命状态等,详见表 1。表 1 TCGA 队列的人口学和临床特征Tab.1 Demographic and clinical characteristics of TCGA cohort特征Characteristics病例数Number of cases百分比(%)Percentages(%)Age552622.22559177.78GenderFemale2017.09Male9782.91Histologic gradeG186.84G27261.54G33227.35G410.85GX43.42Stage21.71108.551411.977463.25NA1714.53T classificationT175.98T21411.97T32622.22T45547.01TX1311.11NA21.71N classificationN04135.04N11210.26N24135.04N321.71NX1916.24NA21.71M classificationM04135.04M110.85MX86.84NA6757.26Vital statusDeceased5042.74Living6757.261.2 方法1.2.1 ASNS 表达分析和生存分析使用 Perl 语言对基因表达数据进行排序和合并,使用 R 软件的 limma 包和 beeswarm 包提取 ASNS98生 物 技 术2023 年表达数据并可视化。进一步从临床数据中提取生存数据,并将完整的生存信息与 ASNS 表达数据相匹配,根据中位值将 ASNS 表达水平分为两组(高表达组和低表达组),使用 R 软件的 survival 包获得 Kap-lan-Meier 生存曲线。1.2.2 临床病理参数统计分析使用 Perl 语言处理临床数据,删除临床信息中未知或不完整的部分,用 Logistic 回归、Wilcox 检验和 Kruskal 检验检测 ASNS 表达与临床病理因素的关系。采用单因素和多因素 Cox 回归分析评估ASNS 表达对临床预后的影响,计算危险度和95%置信区间,用 R 软件的 survival 包和 survminer 包、gg-forest 包对数据进行分析和可视化。1.2.3 基因集富集分析(GSEA)在两种不同的生物学条件下,G