內(nèi)皮特異性分子1在頭頸鱗癌中的表達及臨床意義

李群 周重昌 裘世杰 葉棟 鄧紅霞 沈毅 沈志森

頭頸部腫瘤最常見的病理類型為鱗狀細胞癌[1]，其發(fā)生率和死亡率在全球范圍內(nèi)逐年升高[2]。由于頭頸鱗癌早期臨床癥狀不典型，大部分患者診斷時已發(fā)生淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移并成為進展期惡性腫瘤。因此，尋找一種能早期篩查或診斷頭頸鱗癌的分子標志物是提高患者遠期生存的關(guān)鍵。內(nèi)皮特異性分子1（endothelial specific molecule 1，ESM1）屬于蛋白聚糖家族，在內(nèi)皮細胞中廣泛表達。研究表明，ESM1能促進內(nèi)皮細胞遷移，從而促進新血管生成[3]。亦有研究表明，ESM1在腫瘤生長、發(fā)育和血管形成中發(fā)揮著重要作用[4]。目前已有研究表明，ESM1表達會影響結(jié)直腸癌、胃癌、鼻咽癌、肝細胞癌的增殖和轉(zhuǎn)移[5-8]。但關(guān)于ESM1在頭頸鱗癌中的作用尚未闡明。因此，本研究充分利用公共數(shù)據(jù)庫探索ESM1在頭頸鱗癌中的臨床應(yīng)用價值，并結(jié)合患者生存數(shù)據(jù)分析ESM1表達對頭頸鱗癌患者預(yù)后的影響，同時探討ESM1在輔助診斷頭頸鱗癌中的價值，現(xiàn)將結(jié)果報道如下。

1 資料和方法

1.1 組織標本收集 選取2017年5月至2018年6月在本院接受手術(shù)治療的頭頸鱗癌患者49例，均經(jīng)組織病理學確診，術(shù)前均未接受放化療。取49例頭頸鱗癌組織及癌旁正常組織，立即存入液氮，并及時轉(zhuǎn)入-80℃冰箱保存。本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會審查通過，所有患者簽署知情同意書。

1.2 ESM1 mRNA表達水平檢測 （1）RNA提取和逆轉(zhuǎn)錄：應(yīng)用Trizol試劑（美國Invitrogen公司）提取49對頭頸鱗癌組織及癌旁正常組織標本的總RNA。應(yīng)用 Go－Script逆轉(zhuǎn)錄試劑盒（美國Promega公司）對總RNA進行逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)，獲得cDNA。（2）RT-PCR：使用Roche公司 RT-PCR 儀（Light Cycler480），反應(yīng)體系由 2×SYBR Green熒光染料、DNA聚合酶、PCR緩沖液、上下游引物和模板cDNA構(gòu)成。以人GAPDH管家基因為內(nèi)參基因，標準化目標cDNA的量。PCR反應(yīng)條件：95℃預(yù)變性5min，95℃變性 30s，72℃退火 40s，72℃延伸 5min，循環(huán)42次。引物信息如下：ESM1正義5′-GGTGGACTGCCCTCAACACT-3′，反義 5′-AAGGTGCCGTAGGGACAGTCT-3′；GAPDH 正義 5′-GGGAAGGT-GAAGGTCGGAGT-3′，反義 5′-GGGGTCATTGATGGCAACA-3′[9]。每個樣本針對ESM1和GAPDH檢測均重復(fù)3次。樣本ESM1 mRNA 相對表達量=2-（Ct樣本-Ct內(nèi)參）。

1.3 生物信息資源及分析 從腫瘤基因組計劃（TCGA）數(shù)據(jù)庫下載111例頭頸鱗癌組織及12例對照組織的全基因組表達數(shù)據(jù)（HTSeq-FPKM level 3）。應(yīng)用R軟件limma模塊分析頭頸鱗癌中差異表達基因（差值≥2或＜-2且錯誤發(fā)現(xiàn)率＜0.05），最終確定差值最顯著的ESM1為研究目的基因。從基因表達譜動態(tài)分析（GEPIA）數(shù)據(jù)庫（http://gepia.cancer-pku.cn）下載 519例頭頸鱗癌組織及44例正常組織的ESM1表達、臨床分期及生存的數(shù)據(jù)，分析ESM1在頭頸鱗癌組織中的表達及其與患者預(yù)后的關(guān)系[10]。

1.4 基因富集分析 根據(jù)TCGA數(shù)據(jù)庫頭頸鱗癌樣本ESM1表達的中位數(shù)分為ESM1高、低表達組。應(yīng)用GSEA軟件分析ESM1參與頭頸鱗癌進展的潛在信號通路。

1.5 統(tǒng)計學處理 應(yīng)用SPSS 18.0統(tǒng)計軟件。頭頸鱗癌組織與其對應(yīng)的癌旁正常組織ESM1表達水平比較采用配對樣本t檢驗；不同臨床分期患者頭頸鱗癌組織ESM1表達水平比較采用單因素方差分析。利用Kaplan-Meier法繪制ESM1高、低表達的頭頸鱗癌患者總生存期及無病生存期的生存曲線，采用log-rank法比較生存率。繪制ROC曲線分析ESM1表達檢測對頭頸鱗癌的診斷效能。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 TCGA數(shù)據(jù)庫頭頸鱗癌差異表達基因的情況 對TCGA數(shù)據(jù)庫中111例頭頸鱗癌組織及12例對照組織的HTSeq-FPKM level 3全基因組數(shù)據(jù)進行差異表達基因分析，結(jié)果顯示頭頸鱗癌中有928個基因表達水平明顯低于對照組織，1 304個基因表達水平明顯高于對照組織，其中ESM1的表達差異最明顯，見圖1。

圖1 TCGA數(shù)據(jù)庫中頭頸鱗癌差異表達基因的火山圖

2.2 頭頸鱗癌組織與癌旁正常組織ESM1表達水平比較 對GEPIA數(shù)據(jù)庫519例頭頸鱗癌組織與44例癌旁正常組織中的ESM1表達水平進行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)ESM1在頭頸鱗癌組織中的表達水平明顯高于癌旁正常組織（P＜0.05），見圖2a。為進一步驗證結(jié)果，筆者收集并檢測了49對頭頸鱗癌組織及其癌旁正常組織的ESM1表達水平，結(jié)果證實ESM1在頭頸鱗癌組織中的表達水平明顯高于其對應(yīng)的癌旁正常組織（P＜0.05），見圖2b。

2.3 不同臨床分期患者頭頸鱗癌組織ESM1表達水平比較 對GEPIA數(shù)據(jù)庫519例不同臨床分期患者頭頸鱗癌組織ESM1表達水平進行比較，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），見圖 3。

2.4 ESM1高、低表達頭頸鱗癌患者總生存期和無病生存期比較 根據(jù)ESM1表達的中位數(shù)，將GEPIA數(shù)據(jù)庫頭頸鱗癌組織樣本分為ESM1高表達組256例與ESM1低表達組259例，繪制ESM1高、低表達頭頸鱗癌患者總生存期及無病生存期的生存曲線，結(jié)果發(fā)現(xiàn)ESM1高表達組無病生存期高于ESM1低表達組（P＜0.05），ESM1高、低表達組總生存期比較差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），見圖 4。

圖2 頭頸鱗癌組織與癌旁正常組織ESM1表達水平比較

圖3 不同臨床分期患者頭頸鱗癌組織ESM1表達水平比較

2.5 ESM1高表達在頭頸鱗癌中的基因富集分析 在明確ESM1與頭頸鱗癌預(yù)后有關(guān)后，進一步分析ESM1促進頭頸鱗癌發(fā)生、發(fā)展的可能機制。以KEGG參考基因集作為參考基因，對ESM1進行GSEA分析，結(jié)果顯示ESM1高表達的頭頸鱗癌樣本主要富集在MAPK信號通路、TGF-β信號通路等，提示ESM1可能通過上述信號通路參與頭頸鱗癌的發(fā)生、發(fā)展，見圖5（插頁）。

圖4 ESM1高、低表達頭頸鱗癌患者總生存期和無病生存期比較（a：總生存期；b：無病生存期）

圖5 ESM1高表達在頭頸鱗癌中的基因富集分析

2.6 ESM1表達檢測對頭頸鱗癌的診斷效能 49對頭頸鱗癌驗證樣本中，ESM1表達檢測診斷頭頸鱗癌的AUC為0.96，靈敏度為0.918，特異度為0.939，見圖6。提示ESM1可成為輔助診斷頭頸鱗癌的分子標志物。

3 討論

腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移是涉及多步驟、多基因的復(fù)雜過程。從基因水平研究腫瘤發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移等過程中基因譜變化，能為腫瘤早期診斷、治療方案的確定及預(yù)后判斷提供幫助。隨著腫瘤分子機制研究的不斷深入，目前已證實血管內(nèi)皮細胞在上述變化過程中發(fā)生著功能和結(jié)構(gòu)的變化。血管內(nèi)皮細胞能被多種由腫瘤細胞分泌的細胞因子激活，形成癌栓；亦可被腫瘤細胞分泌的蛋白溶解酶破壞內(nèi)皮結(jié)構(gòu)，從而導致腫瘤細胞浸潤利于轉(zhuǎn)移；腫瘤細胞侵入繼發(fā)器官后，腫瘤細胞為持續(xù)增殖而刺激周邊形成新生血管，最終形成轉(zhuǎn)移灶。因此，對內(nèi)皮細胞中各組分進行深入研究是了解腫瘤發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移機制的重要研究方向。ESM1是在1996年由法國科學家首先從人臍靜脈內(nèi)皮細胞cDNA基因庫中克隆而來[11]。它是大小約50kDa的可溶性蛋白多糖，其成熟多肽包含165個氨基酸，在第137位絲氨酸殘端共價連接單一硫酸皮膚素鏈[11-12]。隨后，ESM1又被證實為硫酸皮膚素蛋白多糖[13]。它主要在人肺內(nèi)皮細胞和腎內(nèi)皮細胞中少量表達，后發(fā)現(xiàn)在多種內(nèi)皮細胞中均有表達[11，13-14]，特別是炎癥內(nèi)皮細胞。因此，ESM1被認為在心血管、炎癥和內(nèi)皮功能障礙中發(fā)揮著作用。一項包含15項研究的薈萃分析發(fā)現(xiàn)，血漿中ESM1表達水平與患者罹患高血壓、冠心病等重大心血管疾病的風險密切相關(guān)[15]。此外，ESM1亦能與白細胞整合素（LFA-1）結(jié)合，阻止LFA-1與其特異性結(jié)合位點細胞間黏附分子-1（ICAM-1）相結(jié)合，從而影響炎癥部位對淋巴細胞的招募[16]。

圖6 頭頸鱗癌患者ESM1表達檢測診斷的ROC曲線

近期研究者們對ESM1在人類腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中的作用進行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在腎癌、乳腺癌、子宮內(nèi)膜癌、胃及腸癌等多種人類腫瘤中，ESM1表達水平均明顯上調(diào)[17]。亦有研究表明，ESM1表達是肺癌等多種惡性腫瘤預(yù)后不佳的重要分子標志物之一[18-20]。本文對ESM1在頭頸鱗癌中的表達及臨床意義作一探討，以期為頭頸鱗癌的臨床診治提供新的方向。本研究通過分析公共數(shù)據(jù)庫中頭頸鱗癌全基因組表達數(shù)據(jù)，獲得差異表達基因2 234個，其中ESM1的表達差異最明顯。隨后在臨床收集的樣本中也證實了ESM1在頭頸鱗癌組織中的表達水平明顯高于其對應(yīng)的癌旁正常組織。同時發(fā)現(xiàn)ESM1表達檢測診斷頭頸鱗癌的AUC為0.96，靈敏度為0.918，特異度為0.939。故筆者認為ESM1表達檢測具有簡便、靈敏度和特異度均較高的優(yōu)勢，是輔助診斷頭頸鱗癌較為理想的指標。利用公共數(shù)據(jù)庫分析發(fā)現(xiàn)，不同臨床分期的頭頸鱗癌患者ESM1表達水平比較差異有統(tǒng)計學意義。隨后，根據(jù)ESM1表達的中位數(shù)將頭頸鱗癌患者分成ESM1高、低表達組，繪制生存曲線發(fā)現(xiàn)ESM1高表達組頭頸鱗癌患者無病生存期明顯高于低表達組，而兩組患者總生存期比較差異無統(tǒng)計學意義。待明確ESM1與頭頸鱗癌預(yù)后有關(guān)后，進一步分析ESM1促進頭頸鱗癌發(fā)生、發(fā)展的可能機制，結(jié)果顯示ESM1高表達能激活多種腫瘤相關(guān)信號通路，如MAPK信號通路、TGF-β信號通路等。

綜上所述，本研究證實頭頸鱗癌組織中ESM1表達水平明顯升高，ESM1表達可作為頭頸鱗癌的潛在分子診斷標志物，且有助于預(yù)測頭頸鱗癌的預(yù)后。