细胞凋亡相关基因CD44在甲状腺癌组织中的表达及其与肿瘤侵袭和免疫细胞浸润关系的生物信息学分析

doi:10.13481/j.1671-587X.20230224

吉林大学学报(医学版) ›› 2023, Vol. 49 ›› Issue (2): 473-481.doi: 10.13481/j.1671-587X.20230224

细胞凋亡相关基因CD44在甲状腺癌组织中的表达及其与肿瘤侵袭和免疫细胞浸润关系的生物信息学分析

肖志远¹,宋冰²,马鑫雨³,金连辉¹,郑通¹,柴芳¹()

^1.锦州医科大学附属第一医院甲状腺外科，辽宁锦州 121001
^2.锦州医科大学附属第一医院内分泌与代谢性疾病科，辽宁锦州 121001
^3.锦州医科大学公共卫生学院职业卫生与环境卫生学教研室，辽宁锦州 121001

收稿日期:2022-05-26 出版日期:2023-03-28 发布日期:2023-04-24
通讯作者: 柴芳 E-mail:lyfsdyyy@163.com
作者简介:肖志远（1996－），男，河北省衡水市人，在读硕士研究生，主要从事甲状腺肿瘤基础和临床方面的研究。
基金资助:
辽宁省科技厅自然科学基金项目(2021-MS-333)

Bioinformatics analysis on expression of apoptosis related gene CD44 in thyroid carcinoma tissue and its relationship with tumor invasion and immune cell infiltration

Zhiyuan XIAO¹,Bing SONG²,Xinyu MA³,Lianhui JIN¹,Tong ZHENG¹,Fang CHAI¹()

^1.Department of Thyroid Surgery，First Affiliated Hospital，Jinzhou Medical University，Jinzhou 121001，China
^2.Department of Endocrinology and Metabolic Diseases，First Affiliated Hospital，Jinzhou Medical University，Jinzhou 121001，China
^3.Department of Vocational Health and Environmental Health，School of Public Health，Jinzhou Medical University，Jinzhou 121001，China

Received:2022-05-26 Online:2023-03-28 Published:2023-04-24
Contact: Fang CHAI E-mail:lyfsdyyy@163.com

摘要/Abstract

摘要：

目的通过生物信息学方法探讨细胞凋亡相关基因（ARGs）透明质酸受体蛋白CD44在甲状腺癌（THCA）组织中表达及其与患者临床病理特征和肿瘤浸润淋巴细胞（TILs）的关系，为THCA的诊断和治疗提供新的研究方向。方法从癌症基因组图谱（TCGA）数据库获得THCA凋亡相关的差异表达基因（DEGs）表达谱，选取表达上调的CD44基因，分析THCA组织和癌旁组织中CD44 mRNA表达水平；采用受试者工作特征（ROC）曲线对THCA组织与癌旁组织进行鉴别；采用基因本体功能注释（GO）、京都基因与基因组百科全书（KEGG）和基因集富集分析（GSEA）对DEGs进行功能及通路富集分析；采用STRING数据库建立蛋白-蛋白互作（PPI）网络，通过Cytoscape软件进行可视化；采用TIMER数据库分析THCA组织中CD44 mRNA表达和TILs浸润丰度之间的相关性；使用R语言分析CD44蛋白表达与免疫检查点的关系。选取110例THCA患者标本，采用免疫组织化学SABC法检测THCA组织及相对应的癌旁组织中CD44蛋白表达情况。结果 TCGA数据库分析，与癌旁组织比较，THCA组织中CD44 mRNA表达水平明显升高（P<0.05）；ROC曲线分析，在临界值为6.855时，CD44的灵敏度、特异度和准确性分别为89.71%、75.13%和72.91%；GO和KEGG分析，DEGs主要富集在凋亡相关通路；GSEA分析，DEGs与中性粒细胞脱颗粒反应有关；TIMER数据库分析，THCA组织中CD44 mRNA表达水平与B细胞、巨噬细胞、CD4+T淋巴细胞、树突状细胞和中性粒细胞浸润丰度呈正相关关系（partial.cor>0，P<0.01），与肿瘤纯度和CD8+T淋巴细胞浸润丰度无关（partial.cor≤0，P<0.01）；在THCA组织中CD44蛋白表达水平与9个免疫检查点基因呈正相关关系（P<0.01），与1个免疫检查点基因呈负相关关系（P<0.01）；免疫组织化学SABC法检测，THCA组织中CD44蛋白阳性表达率高于癌旁组织（P<0.01）；THCA组织中CD44蛋白表达与肿瘤直径和淋巴结转移有关（P<0.05），与患者性别、年龄和腺外侵犯无关（P>0.05）。结论 CD44在THCA组织中高表达可能与肿瘤的进展及肿瘤的多种免疫反应有关。

关键词: 甲状腺肿瘤, 生物信息学, 透明质酸受体蛋白, 肿瘤免疫浸润, 免疫检查点

Abstract:

Objective To discuss the expression of apoptosis-related gene CD44 in the thyroid cancer （THCA） tissue and its relationships with the clinicopathological characteristics of the patients and tumor infiltrating leukocytes（TILs）， and to provide new research directions for the diagnosis and treatment of THCA. Methods The expression spectrum of differentially expressed genes （DEGs） related to THCA apoptosis were obtained from The Cancer Genome Atlas （TCGA） Database. The up-regulated CD44 gene was selected and the expression level of CD44 mRNA in THCA tissue and parancancerous tissue were detected； receiver operating characteristic （ROC） curve was used to identify the THCA tissue and paracancerous tissue； Gene Ontology （GO）， Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes （KEGG）， and Gene Set Enrichment Analysis （GSEA） were used to analyze the function and pathway enrichment of DEGs； the protein-protein interaction （PPI） network was established by using STRING Database and visualized by Cytoscape software； the relationship between the expression of CD44 mRNA in THCA tissue and the infiltration abundance of TILs was analyzed by TIMER Database； the relationships between expression of CD44 protein and immune checkpoints were analyzed by R software. A total of 110 samples of THCA patients were selected， the expressions of CD44 protein in THCA tissue and paracancerous tissue were detected by the immunohistochemical SABC method. Results The TCGA Database analysis results showed that compared with paracancerous tissue，the expression level of CD44 mRNA in THCA tissue was increased（P<0.05）； the ROC curve analysis results showed that when the critical value was 6.855， the sensitivity， specificity， and accuracy of CD44 were 89.71%，75.13%， and 72.91%， respectively. The GO and KEGG analysis results showed that the DEGs were mainly enriched in the apoptosis-related pathways； the GSEA analysis results showed that the DEGs were associated with degranulation response of the neutrophils.The TIMER Database analysis results showed that the expression level of CD44 mRNA in THCA tissue was positively correlated with the infiltration abundance of B cells， macrophages， CD4+T lymphocytes， dendritic cells， and neutrophils （partial.cor>0，P<0.01），and was negatively correlated with tumor purity and the infiltration adundance of CD8+ T lymphocytes（partial.cor≤0，P<0.01）；the expression of CD44 protein in THCA tissue was positively correlated with 9 immune checkpoint genes （P<0.01）， and negatively correlated with 1 immune checkpoint gene （P<0.01）； the immunohistochemical SABC results showed that the positive expression rate of CD44 protein in THCA tissue was higher than that in paracancerous tissue （P<0.01）； the expression of CD44 protein in THCA tissue was correlated with the tumor diameter and lymph node metastasis （P<0.05），and was not correlated with gender， age， and extra glandular invasion of the patients（P>0.05）. Conclusion High expression of CD44 in THCA tissue may be related to progression and multiple immune responses of tumor.

Key words: Thyroid carcinoma, Bioinformatics, Hyaluronic acid receptor protein, Tumor immune infiltration, Immune checkpoint

中图分类号:

R736.1

肖志远,宋冰,马鑫雨,金连辉,郑通,柴芳. 细胞凋亡相关基因CD44在甲状腺癌组织中的表达及其与肿瘤侵袭和免疫细胞浸润关系的生物信息学分析[J]. 吉林大学学报(医学版), 2023, 49(2): 473-481.

Zhiyuan XIAO,Bing SONG,Xinyu MA,Lianhui JIN,Tong ZHENG,Fang CHAI. Bioinformatics analysis on expression of apoptosis related gene CD44 in thyroid carcinoma tissue and its relationship with tumor invasion and immune cell infiltration[J]. Journal of Jilin University(Medicine Edition), 2023, 49(2): 473-481.

图/表 8

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

表1

参考文献 28

1	SUNG H， FERLAY J， SIEGEL R L， et al. Global cancer statistics 2020： GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries［J］. CA Cancer J Clin， 2021， 71（3）： 209-249.
2	MORATH I， HARTMANN T N， ORIAN-ROUSSEAU V. CD44： More than a mere stem cell marker［J］. Int J Biochem Cell Biol， 2016， 81（Pt A）： 166-173.
3	ROOSTA Y， SANAAT Z， NIKANFAR A R， et al. Predictive value of CD44 for prognosis in patients with breast cancer［J］. Asian Pac J Cancer Prev，2020，21（9）： 2561-2567.
4	HU Y， ZHANG Y R， GAO J L，et al.The clinicopathological and prognostic value of CD44 expression in bladder cancer：a study based on meta-analysis and TCGA data［J］. Bioengineered，2020，11（1）： 572-581.
5	LIU S， YAO X X， ZHANG D， et al. Analysis of transcription factor-related regulatory networks based on bioinformatics analysis and validation in hepatocellular carcinoma［J］. Biomed Res Int， 2018， 2018： 1431396.
6	ZHOU L， DU Y Y， KONG L Q， et al. Identification of molecular target genes and key pathways in hepatocellular carcinoma by bioinformatics analysis［J］. Onco Targets Ther， 2018， 11： 1861-1869.
7	SUBRAMANIAN A， TAMAYO P， MOOTHA V K， et al. Gene set enrichment analysis： a knowledge-based approach for interpreting genome-wide expression profiles［J］. Proc Natl Acad Sci USA， 2005， 102（43）： 15545-15550.
8	KANEHISA M， GOTO S. KEGG： Kyoto encyclopedia of genes and genomes［J］. Nucleic Acids Res， 2000， 28（1）： 27-30.
9	HARRIS M A， CLARK J， IRELAND A， et al. The Gene Ontology （GO） database and informatics resource［J］. Nucleic Acids Res， 2004， 32（Database issue）： D258-D261.
10	SU G， MORRIS J H， DEMCHAK B， et al. Biological network exploration with Cytoscape 3［J］. Curr Protoc Bioinformatics，2014.DOI：10.1002/0471250953.bi0813s47 . doi: 10.1002/0471250953.bi0813s47
11	SZKLARCZYK D， MORRIS J H， COOK H， et al. The STRING database in 2017： quality-controlled protein-protein association networks， made broadly accessible［J］. Nucleic Acids Res，2017，45（D1）：D362-D368.
12	VACCARELLA S， FRANCESCHI S， BRAY F，et al. Worldwide thyroid-cancer epidemic？ the increasing impact of overdiagnosis［J］.N Engl J Med，2016，375（7）： 614-617.
13	SAJI M， RINGEL M D. The PI3K-Akt-mTOR pathway in initiation and progression of thyroid tumors［J］. Mol Cell Endocrinol， 2010， 321（1）： 20-28.
14	RYU Y J， CHOE J Y， LEE K， et al. Clinical prognostic significance of cancer stem cell markers in patients with papillary thyroid carcinoma［J］. Oncol Lett， 2020， 19（1）： 343-349.
15	YAN Y M， ZUO X S， WEI D Y. Concise review： emerging role of CD44 in cancer stem cells： a promising biomarker and therapeutic target［J］. Stem Cells Transl Med， 2015， 4（9）： 1033-1043.
16	HASSN MESRATI M， SYAFRUDDIN S E， MOHTAR M A， et al. CD44： a multifunctional mediator of cancer progression［J］. Biomolecules， 2021， 11（12）： 1850.
17	NAM K， OH S， LEE K M， et al. CD44 regulates cell proliferation， migration， and invasion via modulation of c-Src transcription in human breast cancer cells［J］. Cell Signal， 2015， 27（9）： 1882-1894.
18	WANG S J， BOURGUIGNON L Y W. Role of hyaluronan-mediated CD44 signaling in head and neck squamous cell carcinoma progression and chemoresistance［J］.Am J Pathol，2011，178（3）：956-963.
19	HAO J L， MADIGAN M C， KHATRI A， et al. In vitro and in vivo prostate cancer metastasis and chemoresistance can be modulated by expression of either CD44 or CD147［J］.PLoS One，2012，7（8）：e40716.
20	LI W M， JIA H， WANG J C， et al. A CD44-specific peptide， RP-1， exhibits capacities of assisting diagnosis and predicting prognosis of gastric cancer［J］. Oncotarget， 2017， 8（18）： 30063-30076.
21	HE Y T， XUE C， YU Y， et al. CD44 is overexpressed and correlated with tumor progression in gallbladder cancer［J］. Cancer Manag Res， 2018， 10： 3857-3865.
22	PUVANENTHIRAN S， ESSAPEN S， HAAGSMA B，et al. Co-expression and prognostic significance of the HER family members， EGFRvⅢ， c-MET， CD44 in patients with ovarian cancer［J］.Oncotarget，2018，9（28）： 19662-19674.
23	SAWANT S， AHIRE C， DONGRE H， et al. Prognostic significance of elevated serum CD44 levels in patients with oral squamous cell carcinoma［J］. J Oral Pathol Med， 2018， 47（7）： 665-673.
24	FIGGE J， DEL ROSARIO A D， GERASIMOV G，et al.Preferential expression of the cell adhesion molecule CD44 in papillary thyroid carcinoma［J］. Exp Mol Pathol， 1994， 61（3）： 203-211.
25	WOOD S L， PERNEMALM M， CROSBIE P A，et al. The role of the tumor-microenvironment in lung cancer-metastasis and its relationship to potential therapeutic targets［J］. Cancer Treat Rev， 2014， 40（4）： 558-566.
26	陈顺，王俊. 胆管癌肿瘤微环境与免疫治疗［J］.临床肝胆病杂志，2022，38（10）：2428-2432.
27	NAJAFI M， HASHEMI GORADEL N， FARHOOD B，et al. Macrophage polarity in cancer： a review［J］. J Cell Biochem， 2019， 120（3）： 2756-2765.
28	MORANA O， WOOD W， GREGORY C D. The apoptosis paradox in cancer［J］. Int J Mol Sci， 2022， 23（3）： 1328.

Clinicopathological characteristic	n	CD44 positive	χ2	P
Gender
Male	25	14(56.00)	2.596	0.107
Female	85	62(77.50)	2.596	0.107
Age(year)
<55	75	49(65.33)	1.558	0.212
≥55	35	27(77.14)	1.558	0.212
Tumor diameter
<1 cm	71	42(59.15)	9.258	0.002
≥1 cm	39	34(87.18)	9.258	0.002
Lymphnode metastases
Yes	49	39(79.59)	4.563	0.033
No	61	37(60.66)	4.563	0.033
Extraglandular invasion
Yes	15	9(60.00)	0.672	0.412
No	95	67(70.50)	0.672	0.412

[1]	杨仁义,彭书旺,王永恒,董宇轩,段姗姗. 甲状腺癌铁死亡预后风险模型的构建及其潜在机制的生物信息学分析[J]. 吉林大学学报(医学版), 2023, 49(2): 402-413.
[2]	王小燕,胡溢洪,韩语诚,邹先琼. COMMD7在脑低级别胶质瘤发生发展中作用机制的生物信息学分析[J]. 吉林大学学报(医学版), 2023, 49(2): 414-424.
[3]	陈猛猛,陈俊宇,高燕,房正轩,赵淑华,郑晶莹,刘淑香. 膜穿孔蛋白E在上皮性卵巢癌组织中的表达水平及其临床意义[J]. 吉林大学学报(医学版), 2023, 49(2): 440-451.
[4]	王睿,章鼎,诸葛瑞剑,薛倩,郭丽. 六价铬致肝脏损伤作用机制的生物信息学分析[J]. 吉林大学学报(医学版), 2023, 49(2): 452-459.
[5]	唐吴月,李硕杰,庞丽娟. 基于肺腺癌组织中可变剪接数据构建剪接因子-可变剪接调控网络的生物信息学分析[J]. 吉林大学学报(医学版), 2023, 49(1): 139-149.
[6]	王小燕,张秋月,胡雨洁,莫之婧. 基于囊性纤维化疾病分子特征及其作用机制的生物信息学分析[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(5): 1290-1297.
[7]	胡连涛,邓文俊,鹿士振,孙跞,李学斌,黎楚豪,王欣然,张春斌,李玥,王伟群. CC趋化因子配体20在肝细胞癌组织中的表达及其在肝细胞肝癌预后评估中作用的生物信息学分析[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(4): 1010-1017.
[8]	刘迁,祁国萍,于华裔,戴宇阳,陆文斌,金建华. 结肠癌核心基因和独立预后因子筛选的生物信息学分析[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(3): 755-765.
[9]	李小燕,张维,何杰. REG1A通过调控Wnt/β-catenin信号通路对肺腺癌细胞增殖和迁移的促进作用[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(2): 444-453.
[10]	赵莹,赵丹玉,刘超. 基于TXNDC11基因对泛癌的预后评估价值及其免疫调节作用的生物信息学分析[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(1): 142-153.
[11]	赵志娟,孟莲,刘春霞. 基于融合基因作用于横纹肌肉瘤的miRNA-mRNA调控网络的生物信息学分析[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(1): 154-162.
[12]	李楠,陈蕾,许天敏,张琨. 子宫内膜异位症患者细胞外基质相关基因筛选的生物信息学分析[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(1): 188-194.
[13]	董浩,江海圳,李超,高登科,靳亚平,陈华涛. 小鼠NR1D1基因过表达载体的构建及其生物信息学分析[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(1): 94-103.
[14]	于洋,刘赛男,刘云恺,李勇,乔乙春,程熠. PRPS2表达特点及其与乳腺癌预后关系的生物信息学分析[J]. 吉林大学学报(医学版), 2021, 47(5): 1229-1236.
[15]	张娜,刘相良,徐志强,马责竣,徐鹤鸣,李薇. 肿瘤抗血管生成及其与免疫治疗关系的研究进展Research progress in relationship between tumor anti-angiogenesis and immunotherapy[J]. 吉林大学学报(医学版), 2021, 47(4): 1056-1063.

细胞凋亡相关基因CD44在甲状腺癌组织中的表达及其与肿瘤侵袭和免疫细胞浸润关系的生物信息学分析

Bioinformatics analysis on expression of apoptosis related gene CD44 in thyroid carcinoma tissue and its relationship with tumor invasion and immune cell infiltration

RichHTML

PDF (PC)

赞

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 8

参考文献 28

相关文章 15

Metrics

本文评价

推荐阅读 0