GPC2是泛癌的潜在诊断、免疫学和预后生物标志物- 大数跨境

中科生信

2023-09-26

导读：晚上好，今天小编个大家分享一篇22年3月发表在Frontiers in Immunology杂志的文章《GPC2

晚上好，今天小编个大家分享一篇22年3月发表在Frontiers in Immunology杂志的文章《GPC2 Is a Potential Diagnostic, Immunological, and Prognostic Biomarker in Pan-Cancer》。磷脂酰肌醇蛋白聚糖2（Glypican2，GPC2）是磷脂酰肌醇蛋白聚糖（GPC）家族基因的成员，可产生具有糖基磷脂酰肌醇锚的蛋白聚糖。它在多种癌症（如神经母细胞瘤、恶性脑瘤和小细胞肺癌）中显示出上升的重要性。然而，目前还没有系统的泛癌症分析来探讨它在诊断、预后和免疫预测方面的功能。

背景

磷脂酰肌醇蛋白聚糖2（Glypican2，GPC2）是磷脂酰肌醇蛋白聚糖（GPC）家族基因的成员，可产生具有糖基磷脂酰肌醇锚的蛋白聚糖。它在多种癌症（如神经母细胞瘤、恶性脑瘤和小细胞肺癌）中显示出上升的重要性。然而，目前还没有系统的泛癌症分析来探讨它在诊断、预后和免疫预测方面的功能。

方法

综合利用癌症基因组图谱（TCGA）、癌症细胞系百科全书（CCLE）、基因型-组织表达项目（GTEx）、cBioPortal、人类蛋白质图谱（HPA）、UALCAN、StarBase和比较毒物基因组学数据库（CTD）等数据集，采用生物信息学方法挖掘GPC2潜在的致癌机理、包括剖析GPC2与不同肿瘤的预后、基因突变、免疫细胞浸润和DNA甲基化的相关性，构建GPC2的竞争性内源性RNA（ceRNA）网络，以及探索GPC2与化学物质和基因的相互作用。

结果

数据处理

从TCGA中下载了33种癌症样本和对应正常样本的mRNA表达谱和相关临床数据，共涉及11315个样本，使用log2转换和t检验确定肿瘤组织和癌旁组织之间的差异表达基因（DEGs），根据p<0.05，从具有显著差异表达的癌症物种中筛选出交叉基因。从GTEx下载31中不同组织的基因表达数据，从CCLE中下载37个人体组织的癌症细胞系数据，并分析他们的GPC2的表达情况。

肿瘤和正常组织样本的GPC2的差异表达

在GTEx数据集分析了GPC2基因在不同组织中的表达水平（图1A）。发现GPC2在睾丸中表达水平最高（与其他组织相比，差异有统计学意义），但在大多数其他正常组织中表达水平较低。图1B显示了CCLE中不同癌细胞系中GPC2的相对表达水平。GPC2在不同组织来源的癌细胞系中的表达水平普遍升高，这与TCGA数据库的分析结果一致，且在外周神经系统中显著表达。然后，将GPC2在各种癌症中的表达水平从最低到最高进行了排序（图1C）。发现GPC2在所有肿瘤中均有表达，其中在子宫癌肉瘤（UCS）中表达最高，而在肝细胞癌（LIHC）中表达最低。基于TCGA数据，我们还对33种癌症的GPC2表达水平进行了比较（图1E），检测到21种癌症中GPC2的表达与正常组织有显著差异，如膀胱癌，乳腺癌等。然而，在肉瘤（SARC）、皮肤黑色素瘤（SKCM）、胸腺瘤（THYM）和非肿瘤组织之间，GPC2水平没有显著差异。此外，与相应的正常样本相比，配对肿瘤样本中16种肿瘤类型中GPC2的表达分别显著增加（图1D）。这些结果表明，GPC2在各种类型的癌症中表达上调，提示GPC2可能在癌症诊断中发挥潜在的关键作用。利用HPA数据库获得了免疫组化图像，发现GPC2在15种癌症中的蛋白表达明显高于正常组织（图2）。

GPC2对不同癌症的诊断价值

在检查肿瘤阶段的相关性，本研究发现16种类型的癌症GPC2表达显著增加在早期肿瘤的阶段（图3），如LUSC，LUAD，THCA和BRCA等，表明GPC2可能有重要的临床价值在这些肿瘤的早期诊断。利用ROC曲线对该基因特征的诊断准确性进行了评价。图4显示，该模型的ROC分析的AUC对6种癌症具有较高的诊断准确性，对16种癌症具有相对诊断准确性，对7种癌症的诊断准确性较低。值得强调的是，在CHOL中的AUC达到了1.0。

GPC2在不同癌症中的预后意义

为了研究GPC2表达水平与预后之间的关系，我们对每种癌症进行了生存相关性分析，重点关注OS、DSS和PFI。一方面，Cox比例风险模型分析表明，GPC2的表达水平与COAD、PAAD、LAML、BLCA和PRAD等18种癌症的OS相关, (图5)，另外，GPC2在PAAD、LAML、BLCA、LGG、HNSC、THYM和ESCA中是低危险因素。Kaplan-Meier生存分析也显示，在PAAD，LAML，BLCA，LGG，HNSC，THYM，和ESCA患者中，GPC2高表达与更好的OS相关，而在COAD、ACC、SARC、KIRC、PRAD、MESO，LIHC，BRCA，UCEC，UVM，和THCA患者中，GPC2高表达的患者生存时间较短。此外，图6所示的DSS数据分析反映了BLCA、PAAD、HNSC、KIRP、LGG等患者的低表达与预后不良之间的关系；而在其他8种癌症患者中，GPC2的表达与预后的关系相反。

GPC2表达水平与肿瘤免疫细胞浸润的关系

根据CIBERSORT结果显示对于大多数类型的癌症，免疫细胞浸润水平和GPC2表达之间的关联是显著的（图8）。其中，GPC2的表达水平与THYM中浸润的T细胞、T辅助细胞、Tcm、Th17细胞、Th2细胞呈正相关。此外，通过对33例肿瘤进行了共表达分析，发现几乎所有免疫相关基因都与GPC2共表达，除LUSC和SARC外，所有类型的肿瘤中大多数免疫相关基因与GPC2呈正相关（p < 0.05）（图9）。

GPC2表达与DNA甲基化的相关性

UALCAN分析结果显示12个肿瘤组的GPC2启动子甲基化水平明显高于正常组（图10）。利用cBioPortal平台分析所有肿瘤组织中GPC2基因的突变情况。GPC2的扩增占所有突变类型中所占比例最大，其中食管鳞状细胞癌、食管胃腺癌和CHOL的发生率最高（图11）。扩增型是最常见的类型。

靶标miRNA的预测和共表达网络的构建

从5个数据库中获得了22个GPC2的靶miRNA。然而，在StarBase中只能检索到8个靶标miRNAs来预测它们的环状RNA和lncRNA。结果表明，GPC2的靶miRNAs共获得了121个靶lncRNA和149个靶环状RNA（图12）。可能为之后研究调控GPC2的潜在药物提供了基础。

GPC2中相互作用的化学物质和基因

来自CTD数据库的数据鉴定出GPC2与50种化学物质相关，其中21种化学物质可以使GPC2上调，21种下调，此外，有8种化学物质被证实对GPC2的表达有影响，但具体作用尚不明确。此外，本研究还通过化学关联发现了GPC2与其他基因之间的前20个关系。结果表明，GPC2与突触聚集蛋白样5（SYTL5）、跨膜蛋白108（TMEM108）、ST8-n-乙酰神经氨酸-2、8-唾液酸转移酶2（ST8SIA2）、YRPW基序样的相关家族BHLH转录因子（HEYL）和跨膜蛋白231（TMEM231）高度相关。利用GeneMANIA构建了GPC2与相似基因的基因-基因相互作用网络。20个最常见的改变基因与GPC2密切相关，其中Midkine（MDK）与GPC2的相关性最显著。此外，功能分析表明，GPC2及其相似基因与糖胺聚糖代谢过程、氨基聚糖代谢过程和氨基聚糖生物合成过程显著相关（图13）。

结论

作者利用来自TCGA和CCLE平台的33个癌症相关数据，通过基因表达差异分析，探索适合广谱癌症诊断的生物标志物。通过泛癌分析，GPC2在多种癌症中显著上调，并从多方面阐明了其在癌症和正常组织之间表达的显著差异，并从甲基化水平、免疫组化分析和突变分析方面对GPC2进行研究，同时也进行了早期检测价值、调控通路、相关基因和化合物。

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