基于生物信息学的宫颈癌治疗药物筛选及实验验证

Cervical cancer is the second most common cancer in women. The incidence and mortaligy of cervical cancer increases significanly under 35 years of age. So it is important and necessary to investigate the disease etiology and pathogenesis, in order to search more sensitive cervical cancer early diagnosis and more effective treatment methods. With the development of biotechnology, people using high-throughput methods to set out the principles of disease, and bioinformatics facilitates the huge amount of genome data analysis, make more comprehensive explanation for the occurrence of tumors. This study focus on the cervical cancer gene expression data sets through the GEO database, using a variety of bioinformatic analysis method to find differentially expressed genes, gene sets and pathways, using the Connectivity Map filtering and detection of cervical cancer treatment drug, and the experimental verification. This study will search new candidate drugs for treatment of cervical cancer, and provide theoretical basis for further experimental and clinical studies.

宫颈癌是常见的妇科恶性肿瘤之一，发病率在女性恶性肿瘤中居第二位，仅次于乳腺癌。近几年国内外报道宫颈癌的发病率和病死率有年轻化的倾向，35岁以下的妇女宫颈癌发病率明显上升。因此对宫颈癌病因、发病机制的研究，以及寻求更敏感的宫颈癌早期诊断、更有效的治疗方法就显得尤为迫切。随着生物技术的发展，人们通过高通量手段对疾病的原理进行阐述，生物信息学更为海量的基因数据的分析提供了方便，为肿瘤的发生做出更全面的解释。基于以上原因，本研究拟通过GEO数据库宫颈癌基因表达谱数据集，利用多种生物信息学分析方法获得宫颈癌差异表达基因、差异表达基因集及特征性疾病通路分析等；然后，利用Connectivity Map筛选和发现宫颈癌治疗药物，并进行实验验证。本研究为宫颈癌的治疗提供新的候选药物，为进一步的实验及临床研究提供理论依据。

宫颈癌是常见的妇科恶性肿瘤之一，该病的治疗及患者预后并不理想。化疗作为一种全身治疗手段，在宫颈癌治疗中具有重要的辅助作用。应用广泛的以顺铂为基础的联合化疗，治疗后大多数患者为部分缓解或缓解时间较短，超过35%的患者肿瘤持续存在、复发或转移，因此需要寻找新的药物来提高疗效。本课题从GEO数据库下载宫颈癌表达谱数据GSE7803和GSE9750，通过生物信息学方法，筛选得到上调探针149个，下调探针146个。对差异表达基因进行了功能富集分析，上调基因主要参与有丝分裂，DNA复制，染色体分离和细胞周期G1/S期转变等生物学过程。下调基因主要参与角质化，表皮发育，角化细胞分化，表皮细胞分化和肌细胞增殖等生物学进程。通路分析表明上调基因主要富集在细胞周期，DNA复制，卵母细胞有丝分裂，p53信号通路和细胞衰老等通路。下调基因富集在花生四烯酸代谢，血清素激活的神经突触，间隙连接，调节多能干细胞信号通路和肿瘤蛋白聚糖。构建蛋白-蛋白互作网络，发现CDK1，PCNA，TOP2A，CCNB1，RFC4，MAD2L1，NDC80，CCNB2，AURKA和TYMS度值排名前十，可能作为核心基因在宫颈癌疾病进程中具有重要的作用，他们显著上调表达，并用TCGA和GTEx数据得到验证。通过Connectivity Map数据库预测到9个可能在宫颈癌中起作用的小分子化合物。我们挑选硫利达嗪进行后续实验。不同浓度硫利达嗪作用24h后，Hela、SiHa细胞增殖受到不同程度抑制，呈一定的剂量依赖关系。流式细胞术结果显示，加入硫利达嗪后，G0/G1期的细胞比例减少，而处于S期和G2/M期的细胞比例增加，细胞凋亡率增高。建立裸鼠宫颈癌模型，不同浓度给药后，各组之间裸鼠体重差异不具有统计学意义（P>0.05）。在不同时间点，50mg/kg给药组瘤体体积最小，但差异不具有统计学意义（P>0.05）。与PBS组，15mg/kg组和25mg/kg组相比，50mg/kg组瘤体重量降低，差异具有统计学意义（P<0.05），但小鼠存活率下降。综上所述，通过生物信息学方法，可以为宫颈癌的治疗提供新的候选药物，为寻找和开发宫颈癌药物提供了新的策略。