摘要
食道癌（esophagealcancer，EC）是一种高度侵袭性的人类肿瘤，由于其早期症状不明显且缺乏有效的早期诊断方法，给食道癌的治疗带来严峻挑战。分子靶向治疗为探索食道癌的早期诊断和治疗评估提供了一种新思路。食道癌发病机制复杂，至今尚未有理想的高特异性和敏感性的生物标志物应用于该病的早期诊断。筛选更多更有价值的食道癌生物标志物是一个亟待解决的问题，对食道癌早期诊断具有重要意义。 本研究主要通过生物信息学方法筛选和验证食道癌的mRNA和miRNA生物标志物。我们把差异表达分析与分子网络功能模块拓扑特征分析相结合，同时应用到食道癌mRNA和miRNA生物标志物筛选中。由于miRNA对mRNA具有重要的调控作用，在miRNA标志物筛选中，我们提出对差异表达miRNA-mRNA整合网络进行功能模块拓扑特征分析方法，实验结果表明该方法能有效提高miRNA标志物的筛选效率和准确性。此外，本研究首次提出通过miRNA功能相似性方法来验证筛选的miRNA，实验结果证实了该方法的有效性。 首先，本研究从GEO数据库下载食道癌表达谱数据集并筛选出食道癌的差异表达基因(differentiallyexpressedgenes,DEGs)，使用DAVID数据库进行GO和KEGG通路的富集分析，验证其功能。利用STRING数据库来分析差异表达基因蛋白质互作网络，借助Cytoscape软件筛选出蛋白互作网络中的显著模块，利用cytoHubba插件筛选关键基因。表达谱分析共发现294个差异基因，上调的为116个，下调的为178个。Cytoscape软件共选出2个显著模块，MCM4、CDC6、CDK1和CCNB2为cytoHubba软件筛选出的4个核心的mRNA基因生物标志物。 其次，从TCGA数据库中下载食道癌miRNA数据集，采用R语言的limma包共筛选出97个差异表达miRNA，上调miRNA为85个，下调miRNA为12个。通过检索TargetScan数据库和miRDB数据库，得到差异表达miRNA对应的靶基因集合，与已筛选出的差异表达mRNA集合取交集，构建出差异表达miRNA-mRNA整合网络。对该整合网络进行功能模块拓扑特征分析，筛选出3个核心miRNA生物标志物（hsa-miR-106b-5p、hsa-miR-17-5p、hsa-miR-20a-5p），并对三个核心miRNA共有的靶基因进行功能富集分析和KEGG通路分析，以进行功能验证。 最后，通过主流的miRNA功能相似性计算方法，对筛选出的食道癌差异表达miRNAs进行功能相似性验证。实验结果表明，筛选出的miRNA标志物可为研究者深入探索食道癌早期诊断、病理机制及相关药物的研发提供帮助。 本研究提出的食道癌mRNA和miRNA标志物的筛选和验证方法可为研究人员分析其他复杂疾病提供新的思路。
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