ACSS3基因在膠質(zhì)瘤中的表達(dá)及臨床意義

高 論 劉駿輝 鄧 鋼 陳謙學(xué)

膠質(zhì)瘤是成人中樞神經(jīng)系統(tǒng)最常見的原發(fā)性顱內(nèi)惡性腫瘤。其中，多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(glioblastoma multiforme, GBM)預(yù)后最差，即使經(jīng)過(guò)最大限度的手術(shù)切除后再輔以放化療，5年生存率不足5%，中位生存時(shí)間僅有12～15個(gè)月[1,2]。

根據(jù)2007年世界衛(wèi)生組織(WHO)的分類方法，根據(jù)其惡性程度和組織學(xué)特征，膠質(zhì)瘤被分為Ⅰ～Ⅳ級(jí)。雖然傳統(tǒng)的組織學(xué)分型方法為臨床醫(yī)師提供了不少幫助，但傳統(tǒng)的分類方法在早期診斷、早期治療和精確評(píng)估預(yù)后等方面存在不小的局限性。例如，即使是被診斷為同一分級(jí)的膠質(zhì)瘤患者，在排除了治療方案、性別等臨床影響因素后，其患者的生存時(shí)間從數(shù)月到數(shù)年不整。因此，為實(shí)現(xiàn)膠質(zhì)瘤的早期診斷、早期治療和改善患者預(yù)后，提高生存質(zhì)量，探索和建立膠質(zhì)瘤新的分類方法十分迫切[3]。在過(guò)去的數(shù)十年中，隨著高通量測(cè)序的快速發(fā)展和人類基因組計(jì)劃的順利完成，許多和膠質(zhì)瘤預(yù)后相關(guān)的重要因子被發(fā)現(xiàn)，如MGMT、1p19q等。甲基鳥嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶(methyl guanine methyl transferase, MGMT)啟動(dòng)子甲基化被認(rèn)為是GBM對(duì)替莫唑胺(temozolomide, TMZ)化療耐藥的預(yù)測(cè)指標(biāo)；1p/19q共缺失是少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤的分子學(xué)標(biāo)志物，也是預(yù)測(cè)間變性膠質(zhì)瘤對(duì)長(zhǎng)春新堿(PCV)化療反應(yīng)的標(biāo)志物[4]?；蚣夹g(shù)的進(jìn)步使得用于膠質(zhì)瘤分類的分子學(xué)標(biāo)志物變得越來(lái)越重要。因此，分子學(xué)標(biāo)志物和組織學(xué)特征一起被納入2016年修訂的WHO膠質(zhì)瘤分類標(biāo)準(zhǔn)中。盡管新修訂的綜合診斷標(biāo)準(zhǔn)提高了膠質(zhì)瘤診斷的準(zhǔn)確性，促進(jìn)了個(gè)體化治療的發(fā)展，然而目前的研究還不足以充分解釋膠質(zhì)瘤的發(fā)病機(jī)制，臨床診治也不盡如人意。因此，為建立一個(gè)更加完善、精準(zhǔn)的分類標(biāo)準(zhǔn)和改善膠質(zhì)瘤患者預(yù)后，探索更多的新型膠質(zhì)瘤診療相關(guān)標(biāo)志物十分重要[5]。

ACSS3屬于?；o酶A合成酶短鏈家族成員之一，主要定位于線粒體。有文獻(xiàn)報(bào)道ACSS3是胃癌的預(yù)后標(biāo)志物，該研究發(fā)現(xiàn)ACSS3在胃癌組織中表達(dá)上調(diào)，敲低ACS33抑制了胃癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲。另外，ACSS3也可能通過(guò)消除細(xì)胞自噬應(yīng)激而促進(jìn)胃癌進(jìn)展[6]。

材料與方法

1.數(shù)據(jù)獲取:本研究一共運(yùn)用了6個(gè)數(shù)據(jù)集，其中，TCGA、Gravendeel和Rembrandt數(shù)據(jù)集從GlioVis數(shù)據(jù)庫(kù)下載(http:∥gliovis.bioinfo.cnio.es/)[7～9]。CGGA所使用的數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)膠質(zhì)瘤基因組圖譜(http:∥www.cgga.org.cn/)中的mRNAseq_693 (batch 1)。把ACS33基因表達(dá)信息和臨床信息匹配。在所有數(shù)據(jù)集中，生存信息不完全或缺失的不被納入研究。TCGA數(shù)據(jù)集包括TCGA-GBM、TCGA-LGG和TCGA-GBMLGG。在TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)中，膠質(zhì)瘤被分為GBM和LGG(包括Ⅱ和Ⅲ級(jí))。TCGA-GBM、TCGA-LGG 和TCGA-GBMLGG分別用于驗(yàn)證ACS33在GBM、LGG和所有膠質(zhì)瘤中能否作為預(yù)后標(biāo)志物。從Cancer GSEA在線網(wǎng)站分析了ACSS3在膠質(zhì)瘤和GBM中潛在的生物學(xué)功能(http:∥biocc.hrbmu.edu.cn/CancerSEA/home.jsp)[10]。

結(jié) 果

1.ACSS3在GBM中高表達(dá)：筆者從TCGA數(shù)據(jù)集中分析了GBM和正常腦組織中ACSS3的基因表達(dá)水平，與正常腦組織比較，ACSS3在GBM中的mRNA水平顯著增加，同樣的結(jié)果在Rembrandt數(shù)據(jù)集中得到證實(shí)(圖1A，P<0.01)。另外，ACSS3在GBM組中的表達(dá)水平明顯高于LGG組(圖1B，P=0.000)。ACSS3在IDH野生型和1p19q沒有共缺失的分組中表現(xiàn)出了較高的表達(dá)水平(圖1中C、D，P=0.000)，而IDH野生型和發(fā)生1p19q缺失的膠質(zhì)瘤與更差的預(yù)后相關(guān)。

圖1 ACSS3在GBM中高表達(dá)A.TCGA和Rembrandt數(shù)據(jù)集分析顯示，ACSS3在GBM中表達(dá)水平高于正常腦組織；B.TCGA 和CGGA的數(shù)據(jù)分析表明ACSS3在GBM中的表達(dá)水平高于LGG；C.TCGA和CGGA數(shù)據(jù)分析顯示ACSS3在IDH野生型膠質(zhì)瘤中表現(xiàn)出更高的表達(dá)水平；D.TCGA和CGGA數(shù)據(jù)分析表明ACSS3在1p19q缺失的膠質(zhì)瘤中表達(dá)水平較低

2.ACSS3高表達(dá)與較差的膠質(zhì)瘤預(yù)后相關(guān)：利用TCGA數(shù)據(jù)進(jìn)行生存分析的結(jié)果表明，在GBM(圖2B，P=0.038)和LGG(圖2A，P=0.001)中，ACSS高表達(dá)組顯示出了更短的生存時(shí)間。同時(shí)，ACSS3也可以作為所有膠質(zhì)瘤患者預(yù)后的標(biāo)志物(圖2C，P=0.000)。為了進(jìn)一步證實(shí)該結(jié)果，筆者利用Rembrandt和Gravendell數(shù)據(jù)集進(jìn)行了生存分析，同樣證實(shí)了ACSS3是膠質(zhì)瘤的預(yù)后標(biāo)志物(圖2中D～I(xiàn))。

圖2 ACSS3在TCGA、Rembrandt和Gravendeel數(shù)據(jù)集中的生存分析A、D、G.利用TCGA、Rembrandt和Gravendeel數(shù)據(jù)集驗(yàn)證了ACSS3在LGG中與不良預(yù)后相關(guān)；B、E、H.利用TCGA、Rembrandt和Gravendeel數(shù)據(jù)集驗(yàn)證了ACSS3在GBM中與更短的生存時(shí)間相關(guān)；C、F、I.利用TCGA、Rembrandt和Gravendeel數(shù)據(jù)集證明了ACSS3是膠質(zhì)瘤的獨(dú)立預(yù)后因子

3.ACSS3參與了多種生物學(xué)進(jìn)程: Cancer GSEA 在線網(wǎng)站的探究表明，ACSS3在膠質(zhì)瘤中主要參與了EMT(相關(guān)系數(shù)為0.242，P=0.000)、新陳代謝(相關(guān)系數(shù)為0.176，P=0.005)和細(xì)胞分化(相關(guān)系數(shù)為0.165，P=0.009)等。在GBM中主要參與了缺氧(相關(guān)系數(shù)為-0.150，P=0.000)、細(xì)胞侵襲(相關(guān)系數(shù)為-0.180，P=0.000)和血管生成(相關(guān)系數(shù)為0.148，P=0.007)等生物學(xué)進(jìn)程(圖3、表1)。

圖3 ACSS3參與了多種生物學(xué)進(jìn)程紅色代表正相關(guān)，藍(lán)色代表負(fù)相關(guān)，圓圈越大，代表相關(guān)系數(shù)越大

表1 ACSS3在膠質(zhì)瘤和GBM中參與的生物學(xué)進(jìn)程

討 論

膠質(zhì)瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)最常見的惡性腫瘤，約占原發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的50%，外科手術(shù)、化療和放療是治療神經(jīng)膠質(zhì)瘤的最常見形式[11]。盡管先前的組織病理學(xué)分類方法對(duì)臨床診斷和治療提供了很大的幫助，但同時(shí)也存在一定的局限性。2016年5月世界衛(wèi)生組織發(fā)布了最新版本的膠質(zhì)瘤分類標(biāo)準(zhǔn)，提供了比單純基于組織病理學(xué)分類更精確的分類方法。它引入了分子標(biāo)記，如IDH1/2突變狀態(tài)和1p/19q共缺失，這些都是世界公認(rèn)的高預(yù)測(cè)價(jià)值的分子標(biāo)記。膠質(zhì)瘤的分子水平研究取得了很大的進(jìn)步，對(duì)臨床診斷的個(gè)體化治療提供了新的策略。筆者研究證明了ACSS3是一個(gè)有趣的預(yù)后標(biāo)志物。

本研究發(fā)現(xiàn)，ACSS3在GBM中的表達(dá)水平明顯高于正常腦組織和LGG。另外還發(fā)現(xiàn)ACSS3在IDH野生型膠質(zhì)瘤中的表達(dá)水平顯著高于IDH突變型膠質(zhì)瘤，IDH野生型膠質(zhì)瘤已被多項(xiàng)研究證明擁有更差的預(yù)后。同時(shí)，本研究還發(fā)現(xiàn)，1p19q缺失的膠質(zhì)瘤的ACSS3表達(dá)水平明顯低于未發(fā)生缺失的膠質(zhì)瘤。1p19q共缺失的膠質(zhì)瘤往往預(yù)示著更好的預(yù)后以及對(duì)烷基化化療的不良反應(yīng)增加，這些結(jié)果與筆者的研究結(jié)果一致[12]。因此，進(jìn)一步確定ACSS3不僅可以作為GBM的預(yù)后標(biāo)記，還能作為L(zhǎng)GG的預(yù)后標(biāo)志物，高表達(dá)的ACSS3預(yù)示著更短的生存時(shí)間。

本研究還發(fā)現(xiàn)ACSS3在膠質(zhì)瘤中參與了EMT的生物學(xué)進(jìn)程，EMT是一個(gè)動(dòng)態(tài)的可逆性表型轉(zhuǎn)化過(guò)程，它能使極化的上皮細(xì)胞獲得間充質(zhì)特征，從而增強(qiáng)細(xì)胞的遷移和侵襲的能力。EMT將良性腫瘤轉(zhuǎn)化為侵襲性、轉(zhuǎn)移性腫瘤，在調(diào)節(jié)腫瘤的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮了關(guān)鍵作用[13，14]。惡性膠質(zhì)瘤容易復(fù)發(fā)的一個(gè)重要原因是腫瘤細(xì)胞會(huì)入侵周圍正常的腦組織，為了獲得這種侵襲能力，膠質(zhì)瘤細(xì)胞通常會(huì)經(jīng)歷幾個(gè)生物學(xué)變化，包括獲得移動(dòng)性、降解細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix, ECM)的能力[15]。

膠質(zhì)瘤的腫瘤發(fā)生顯著提高了膠質(zhì)瘤內(nèi)微血管的密度，而血管生成對(duì)于膠質(zhì)瘤的生長(zhǎng)、遷移和侵襲至關(guān)重要。同時(shí)血管生成被認(rèn)為是腫瘤惡性進(jìn)展的一個(gè)關(guān)鍵事件，異常的血管增生也被認(rèn)為是GBM不良預(yù)后的主要原因之一[16，17]。ACSS3在GBM中與血管生成密切相關(guān),這表明ACSS3可能參與了膠質(zhì)瘤的發(fā)生和發(fā)展，是導(dǎo)致GBM不良預(yù)后的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)之一。GBM細(xì)胞不受控制的快速增殖導(dǎo)致血管遠(yuǎn)端高度缺氧區(qū)域形成，癌細(xì)胞對(duì)這種低的氧氣分壓起反應(yīng)，并通過(guò)刺激新血管形成為腫瘤細(xì)胞提供所需的氧氣和營(yíng)養(yǎng)，從而確保腫瘤的存活和增殖。然而，這種致密的腫瘤血管網(wǎng)絡(luò)反過(guò)來(lái)又有助于形成缺氧區(qū)域，造成惡性循環(huán)。此外，缺氧環(huán)境限制了放療和化療藥物的有效性，對(duì)患者的預(yù)后產(chǎn)生負(fù)面影響，并且可能是導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)的機(jī)制之一[18，19]。ACSS3和缺氧存在顯著的相關(guān)性，這和其與血管生成又相互聯(lián)系起來(lái)。

綜上所述，本研究證實(shí)ACSS3是一個(gè)敏感的預(yù)后標(biāo)志物，尤其對(duì)GBM的早期診斷和預(yù)測(cè)預(yù)后具有重要意義。同時(shí)，ACSS3參與了眾多的生物學(xué)過(guò)程，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、預(yù)后等方面發(fā)揮著重要而復(fù)雜的作用，可能成為膠質(zhì)瘤治療的新靶點(diǎn)。盡管本研究利用了多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)數(shù)以千計(jì)的樣本進(jìn)行研究，結(jié)果較為準(zhǔn)確。但是本研究只是局限于對(duì)大量膠質(zhì)瘤樣本的初步分析得出的結(jié)論，缺少利用自己的樣本去進(jìn)一步驗(yàn)證。同時(shí)，對(duì)于ACSS3在膠質(zhì)瘤發(fā)生、發(fā)展中潛在的生物學(xué)功能也缺少在細(xì)胞水平和動(dòng)物體內(nèi)的驗(yàn)證。今后筆者將在條件允許的情況下利用體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)對(duì)ACSS3在膠質(zhì)瘤發(fā)生、發(fā)展方面的分子機(jī)制進(jìn)行研究。