基于文本挖掘和生物信息学筛选放射性直肠炎的治疗药物

郑凯峰，庞林荣，周欣，陈俊

放射治疗是恶性肿瘤的治疗手段之一，约50%的患者需要接受放疗，尤其是盆腔恶性肿瘤患者。盆腔恶性肿瘤放疗时或放疗后，易出现放射性直肠炎[1]，它往往伴随着腹泻、便血及里急后重等症状，严重的可能导致直肠阴道瘘或直肠尿道瘘，需要结肠改道造瘘[2]。这会影响患者的生活质量，增加患者经济负担，而且限制了治疗癌症的放疗剂量。如何处理放射性直肠炎成为盆腔放疗的关键问题。本研究通过文本挖掘发现放射性直肠炎及伤口愈合的共有基因，对这些基因进行功能富集分析、构建蛋白互作网络、药物-基因互作分析探讨放射性直肠炎发生的分子机制及治疗的靶向药物，为后续预测和治疗放射性直肠炎提供理论依据。报道如下。

1 资料与方法

1.1 文本挖掘 基于数据库 pubmed2ensembl 用于文本挖掘（http://pubmed2ensembl.ls.manchester.ac.uk/）[3]。Pubmed2ensembl 系统将PubMed 上的超过200 万篇文章链接到50 个物种，近15 万个基因。输入搜索词伤口愈合（WH）和放射性直肠炎（RP）进行查询，然后从每个结果中提取出所有的基因，将这些基因的交集进行后续分析。

1.2 共有基因筛选 基因本体论（GO分析）反映了目前对基因的生物学过程（BP）、分子功能（MF）和细胞成分（CC）方面的了解[4]。京都基因和基因组百科全书（KEGG）[5]提供已知生物通路的数据资源。为了说明基因的功能和所在信号通路，通过DAVID 程序进行GO 和KEGG 通路富集分析。P ＜0.05 为差异有统计学意义。

1.3 蛋白质互作网络 将上述共有基因导入STRING[6]，分析这些基因的蛋白互作网络，进一步通过Cytoscape 软件[7]计算出网络中的核心基因。

1.4 药物-基因互作分析 利用DGIdb（http://www.dgidb.org） 探索药物-基因的相互作用，寻找核心基因对应的药物[8]。这些靶向相关基因的候选药物可能成为潜在的治疗方法。

2 结果

2.1 文本挖掘结果 与伤口愈合相关的基因有1 217 个，与放射性直肠炎相关的基因有32 个，两个列表的共有基因有25 个，包括IRF6、IL1B、NLRP5、ZBTB8OS、MVD、FAS、CALCR、CDH1、CDH3、LTF、PLAU、NODAL、MMP2、EDN1、APC、IL6、IL2、TNF、TF、RPS4X、MMP9、IL8、ALB、PNMA2及APEX1。

2.2 基因本体GO富集分析 共参与了777 个BP，14 个MF 和26 个CC，其中BP涉及细胞增殖调节、代谢过程的正调控及凋亡过程调控等；MF 包括受体绑定、细胞因子活性及细胞因子受体结合等；CC 包含细胞外区域部分、膜绑定囊泡及细胞外间隙等。见封三彩图1。

2.3 KEGG 通路富集分析 共有基因涉及多达28 条信号通路，包括TNF 信号通路、肿瘤相关信号通路、细胞因子搜题相互作用及移植物抗宿主病信号通路等。见封三彩图2。

2.4 蛋白互作网络分析 将共有基因导入STRING 网站构建PPI 网络，选择interaction score≥0.4 的节点。将这些节点蛋白导入Cytoscape，获得ALB、CDH1、IL1B、IL2、IL6、CXCL8、MMP2、MMP9、PLAU 及TNF 10 个核心基因，见封三彩图3。

2.5 药物-基因互作分析 通过DGIdb网上数据库，搜索与核心基因相对应的药物共有36 种，这些药物能作用于上述核心基因。见表1。

表1 药物-基因互作表

3 讨论

放射性直肠炎在盆腔放疗中比较常见，严重影响患者的预后和放疗效果；因此，探索放射性直肠炎的发生机制，实施合理有效的治疗迫在眉睫。本研究通过文本挖掘，筛选出的25 个与伤口愈合和放射性直肠炎相关的基因。

KEGG富集分析发现这些基因介导了包括移植物抗宿主病信号通路、TNF信号通路、NF- B通路等多个信号通路。研究表明，在一定量的放射线作用下，小鼠肺、乳腺等组织中TNF- 、TNF- 表达上调，TNF信号通路激活，导致放射性损伤的发生[9]。另有研究发现，中药灌肠能通过调节NF- B 信号通路，减轻放射性直肠炎的症状[10]。这提示TNF 信号通路、NF- B 信号通路在放射性直肠炎中扮演了重要的角色。

本研究通过蛋白互作网络筛选出了10 个核心基因，其中IL1B 基因表达的白介素1（IL1 ），能诱发炎症介质和趋化因子的释放，引发炎症性疾病[11]。Symon 等[12]研究发现，IL1 在放射性直肠炎的小鼠直肠黏膜中表达显著升高。白细胞介素6（IL6）能介导包括细胞凋亡、增殖、侵袭和转移等生物过程，在免疫反应、炎症反应中起重要作用[13]。有研究表明，放射治疗增加肿瘤细胞和基质细胞中IL6 的表达，导致炎症的发生[14-15]。因此，抑制IL1 、IL6 也许能够预防和治疗放射性直肠炎。

本研究检索DGIdb 数据库发现36种作用于这些基因的药物，经过筛选，将目标锁定在靶向IL1 的卡那奴单抗和IL6 的司妥昔单抗。卡那奴单抗是靶向IL1 的全人单克隆抗体，FDA 批准其用于风湿性疾病[16]。司妥昔单抗是嵌合人鼠白介素6 单克隆抗体，FDA 批准其治疗多中心型巨大淋巴结增生症。目前尚无研究证实这两种药物在放射性直肠炎中的应用效果，但本研究结果能提供一定的理论依据。

本文的不足之处在于，缺乏实验和临床研究的支持。下一步拟通过实验探究IL1 和IL6 在放射性直肠炎中的作用机制，验证卡那奴单抗和司妥昔单抗在放射性直肠炎的预防和治疗效果。