基于生物信息学分析骨肉瘤的关键基因和qRT-PCR实验验证OACSTPCD

目的利用生物信息学方法筛选出与骨肉瘤(osteosarcoma,OS)相关的关键基因,以作为OS的潜在诊断标志物和新治疗靶点。方法从基因表达综合(Gene Expression Omnibus,GEO)数据库中检索下载2个符合本研究的OS相关数据集(GSE16088和GSE42572),共包括21例OS组织样本和14例正常骨组织样本。对数据集进行矫正分析鉴定出差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)。通过加权基因共表达网络分析方法(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)与DEGs筛选出交集基因。对交集基因进行疾病本体论(Disease Ontology,DO)、基因本体论(Gene Ontology,GO)、京都基因与基因组百科全书分析(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)和蛋白互作(protein-protein interaction,PPI)网络分析。采用受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线评估该PPI网络degree排名前10位的Hubbe基因的表达水平对OS患者的诊断效能,并以另一个OS数据集GSE19276对Hubbe基因进行验证筛选出关键基因。分析关键基因与浸润性免疫细胞的相关性。收集2020年9月1日至2022年6月30日于广西中医药大学第一附属医院住院手术的4例OS患者的OS组织及其癌旁组织,采用实时荧光定量聚合酶链式反应(real-time quantitative polymerase chain reaction,qRT-PCR)对关键基因进行实验验证。结果在OS组织与正常骨组织中共筛选出687个DEGs(上调基因523个和下调基因164个)。WGCNA关键模块基因2338个。DEGs与WGCNA关键模块基因共有交集基因545个。DO富集分析结果表明,DEGs与WGCNA结果的交集基因主要与泌尿系统癌症、肾癌、生殖细胞癌、肌肉骨骼系统癌症和胚胎癌等癌症相关。GO富集结果表明,交集基因主要参与骨化的形成、细胞外基质组织和生物矿物组织发育等生物学过程。KEGG通路富集在磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositide 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,PKB,又名Akt)信号通路、过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferators-activated receptor,PPAR)信号通路及流体剪切应力和动脉粥样硬化等信号通路上。PPI网络分析中degree排名前10位的Hubbe基因为磷脂酰肌醇4,5-二磷酸3-激酶催化亚基α(phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate 3-kinase catalytic subunit alpha,PIK3CA)、脯氨酰4-羟化酶亚单位α1(prolyl 4-hydroxylase subunit alpha 1,P4HA1)、整合素αⅤ(integrin alphaⅤ,ITGAⅤ)、组蛋白去乙酰化酶2(histone deacetylase 2,HDAC2)、连环蛋白β1(catenin beta 1,CTNNB1)、Ⅲ型胶原蛋白α1(collagen typeⅢalpha 1,COL3A1)、Ⅰ型胶原蛋白α2(collagen typeⅠalpha 2,COL1A2)、转导蛋白β样1X相关蛋白1(transducin beta-like 1X-related protein 1,TBL1XR1)、小核核糖核蛋白多肽G(small nuclear ribonucleoprotein polypeptide G,SNRPG)和Ras相关核蛋白(Ras-related nuclear protein,RAN)。以数据集GSE19276绘制ROC曲线验证Hubbe基因表明,P4HA1和ITGAV的准确度较高(均AUC>0.8且P<0.05)。qRT-PCR实验结果显示,P4HA1和ITGAV mRNA在OS组织中高表达(均P<0.01)。结论P4HA1和ITGAV是OS的潜在生物标志物和治疗靶点。