宫颈癌阴道灌洗液源外泌体差异表达miRNA筛选及其关键靶基因的生物信息学分析

摘要

目的筛选宫颈癌阴道灌洗液源外泌体差异表达miRNA并通过生物信息学方法分析其关键靶基因。方法收集宫颈癌及宫颈炎患者阴道灌洗液标本,超速离心法提取外泌体,透射电镜(TEM)观察外泌体形态、纳米颗粒追踪分析(NTA)鉴定外泌体粒径大小。将提取的外泌体样本制作基因芯片,采用R语言分析宫颈癌外泌体差异表达miRNA,通过mirtarBase数据库对宫颈癌外泌体差异表达miRNA进行靶基因预测,使用R语言对靶基因进行GO生物功能、KEGG通路富集分析。运用STRING在线工具对差异表达miRNA靶基因进行蛋白质-蛋白质互相作用(PPI)网络分析,Cytoscap对PPI网络进行拓扑,筛选出具有高度连通性的枢纽靶基因。采用R语言对枢纽靶基因进行KEGG信号通路富集分析,与差异表达miRNA靶基因富集的KEGG信号通路取交集,筛选出共有的关键信号通路及与之相关的关键靶基因。结果TEM可观察到典型的外泌体形态,NTA显示样本粒径大小均符合外泌体的粒径标准。宫颈癌患者阴道灌洗液源外泌体中显著差异表达的miRNA共有84个,在差异倍数前20的miRNA中共有miR-320d、miR-320c、miR-24-3p等18个上调miRNA及miR-3613-3p、miR-4668-5p 2个下调miRNA。通过mirtarBase数据库获得与差异表达miRNA相关的273个靶基因,GO生物功能分析显示,差异表达miRNA靶基因主要分布于细胞黏附斑、细胞-基质黏附结点等,主要富集的生物过程为角蛋白结合、泛素样蛋白连接酶结合等,主要富集的分子功能为核糖核蛋白复合物的生物生成、病毒基因表达等;KEGG信号通路分析显示,差异表达miRNA靶基因主要富集的信号通路为癌症中的蛋白聚糖、细胞凋亡等。PPI网络及Cytoscap分析显示,宫颈癌关键信号通路为AMPK信号通路、mTOR信号通路、细胞凋亡、癌症中的蛋白聚糖、TNF信号通路、FoxO信号通路、PD-L1在肿瘤中的表达及PD-1检测点通路,关键靶基因为PIK3R1、EDN1、PDGFB、FGF2、IGF1R、THB1S、ITGB3、TGFBR1、NRAS、MAPK14。结论miR-320d、miR-320c、miR-24-3p、miR-191-5p、let-7d-5p、let-7a-5p、miR-23b-3p等miRNA在宫颈癌阴道灌洗液源外泌体中差异表达,这些差异表达miRNA通过PIK3R1、EDN1、PDGFB、FGF2、IGF1R、THB1S、ITGB3、TGFBR1、NRAS、MAPK14等关键靶基因在宫颈癌的发生发展中发挥作用。