轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶家族與腎透明細(xì)胞癌的關(guān)系研究

胡 彬，高小敏，何春娟，吳利東

(1.南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院急診科，南昌 330006； 2.南昌醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，南昌 330052； 3.貴州盤江煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司醫(yī)院檢驗科，貴州 盤江 553537)

腎細(xì)胞癌(RCC)是起源于腎實質(zhì)泌尿小管上皮系統(tǒng)的惡性腫瘤，占腎惡性腫瘤的80%～90%，其中腎透明細(xì)胞癌(KIRC)是最常見的一種腎癌亞型(占60%～85%)。目前腫瘤靶向治療已成為研究熱點，作為一種免疫原性很強的腫瘤，KIRC患者可以從免疫治療中獲益。然而，腫瘤微環(huán)境(TME)中具有免疫抑制作用的細(xì)胞亞群和分子可導(dǎo)致KIRC對免疫治療不敏感[1-3]。因此，研究影響KIRC患者免疫微環(huán)境的分子標(biāo)志物可為其治療提供更準(zhǔn)確的方向。轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶,又稱谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶(TG)，是一種可催化轉(zhuǎn)酰基反應(yīng)從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)(或多肽)之間發(fā)生共價交聯(lián)的酶，轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶家族(TGMs)由9個成員組成，這些TGM保持著相似的序列和結(jié)構(gòu)同源性，通過調(diào)節(jié)翻譯后蛋白修飾發(fā)揮其功能[4-5]。已有研究[6-12]發(fā)現(xiàn)TGM2與腫瘤關(guān)系密切，然而TGMs在腎透明細(xì)胞癌的表達(dá)特征尚不完全清楚，因此本研究擬對TGMs與KIRC的關(guān)系進(jìn)行探討。

1 資料與方法

通過TCGA數(shù)據(jù)庫(https://portal.gdc.cancer.gov/)和UCSCXena數(shù)據(jù)庫(http://xena.ucsc.edu/)收集18種腫瘤患者的TGMs表達(dá)和臨床相關(guān)信息，采用R語言(https://cran.r-project.org/src/base/R-4/R-4.1.2.tar.gz)進(jìn)行生物信息學(xué)及統(tǒng)計學(xué)分析。重點探討TGMs在KIRC患者中的表達(dá)水平差異，以及與生存時間、免疫亞型、臨床分期的關(guān)系。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 TGMs在18種腫瘤中的表達(dá)

為了解TGMs的表達(dá)狀況，從UCSC Xena數(shù)據(jù)庫下載了18種腫瘤表達(dá)譜數(shù)據(jù)，首先分析TGM1、TGM2、TGM3、TGM4、TGM5、TGM6和TGM7在腫瘤中的表達(dá)情況(圖1)。結(jié)果顯示，TGMs在癌組織的表達(dá)大部分高于癌旁組織。其中，TGM1—TGM7在KIRC均有差異表達(dá)(P<0.01)，TGM1和TGM7為低表達(dá)，而TGM2—TGM6為高表達(dá)。

A—F依次為TGM1—TGM6在各種腫瘤中的表達(dá)。BLCA：膀胱癌；BRCA：乳腺癌；CHOL：膽癌；COAD：結(jié)腸癌；ESCA：食管癌；GBM：膠質(zhì)母細(xì)胞瘤；HNSC：頭頸鱗狀細(xì)胞癌；KICH：腎嫌色細(xì)胞癌；KIRC：腎透明細(xì)胞癌；KIRP：腎乳頭狀細(xì)胞癌；LIHC：肝細(xì)胞肝癌；LUAD：肺腺癌；LUSC：肺鱗狀細(xì)胞癌；PRAD：前列腺癌；READ：直腸腺癌；STAD：胃癌；THCA：甲狀腺癌；UCEC：子宮內(nèi)膜癌。*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001。

G：TGM7在各種腫瘤中的表達(dá)。*P<0.05，

2.2 TGMs與KIRC患者生存時間的關(guān)系

繪制的TGMs與KIRC患者生存曲線如圖2。結(jié)果顯示，TGM1—TGM6的表達(dá)與KIRC患者的生存時間呈負(fù)相關(guān)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，而TGM7與KIRC患者的生存時間沒有相關(guān)性。

圖2 TGMs與KIRC患者的生存曲線分析(各圖下方為目標(biāo)基因的表達(dá))

2.3 TGMs在KIRC各免疫亞型中的表達(dá)

基于免疫亞型的數(shù)據(jù)，采用R語言繪制箱線圖(圖3)。結(jié)果顯示，TGM1—TGM6在KIRC各免疫亞型中均存在表達(dá)差異(P<0.05)。其中，TGM2在C1和C6亞型中高度表達(dá)，C2、C3和C4中度表達(dá)，C5低度表達(dá)，提示TGM2可能與KIRC的免疫機制相關(guān)。

2.4 TGMs在KIRC不同臨床分期中的表達(dá)情況

從TCGA數(shù)據(jù)庫中收集KIRC患者共981例，其中Ⅰ期481例、Ⅱ期102例、Ⅲ期237例、Ⅳ期161例。采用R語言繪制箱線圖(圖4)，結(jié)果顯示，TGM2—TGM5在KIRC各臨床分期中均有表達(dá)差異(P<0.05)，其中TGM2的表達(dá)量最大。

C1：傷口愈合；C2：干擾素γ顯性；C3：炎癥；C4：淋巴細(xì)胞減少；C5：免疫安靜；C6：TGF-β顯性。

*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001。圖4 TGMs在KIRC不同臨床分期中的表達(dá)

3 討論

近年來對KIRC病因及發(fā)病機制的深入研究發(fā)現(xiàn)，表觀遺傳學(xué)的改變與其致病密切相關(guān)，其中DNA甲基化異常、組蛋白修飾及非編碼RNA調(diào)節(jié)可能是KIRC發(fā)生發(fā)展的重要分子機制[13-15]。RASSF1A、VHL和p16等抑癌基因表達(dá)的下調(diào)或沉默與腎癌發(fā)生緊密聯(lián)系，特別是正常VHL基因的功能缺失[16]，VHL基因通過介導(dǎo)降解HIF-1間接對各生長因子的轉(zhuǎn)錄起到抑制作用，而90% RCC存在VHL失活，這將間接導(dǎo)致血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、轉(zhuǎn)化生長因子-α(TGF-α)、葡萄糖轉(zhuǎn)運因子-1(GLUT-1)、血小板來源生長因子β(PDGFβ)和促紅細(xì)胞生成素(EPO)等分泌增加[17]，間接的促進(jìn)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移[18]。JAK/STAT通路的異常激活在KIRC中起著重要作用[19]，此外，KIRC本質(zhì)上是一種代謝性疾病，癌細(xì)胞的增長需要大量的能量支持，VHL失活后高水平的HIF-α?xí)?qū)動那些參與糖酵解的酶和代謝物如己糖激酶、甘油三磷酸脫氫酶、磷酸甘油酯激酶、丙酮酸激酶2等上調(diào)，促進(jìn)糖酵解、脂肪酸代謝以及色氨酸、谷氨酰胺和精氨酸的利用，以供給腫瘤生長所需能量，其中谷氨酰胺是循環(huán)中最豐富的游離氨基酸，其不僅為腫瘤提供生長所需能量，還參與腫瘤細(xì)胞的免疫逃逸和抗氧化反應(yīng)[20-21]。

本研究結(jié)果顯示，TGM2—TGM5與KIRC關(guān)系緊密，其中TGM2或許占主導(dǎo)性的作用。TGM2在KIRC細(xì)胞TGF-β免疫亞型中高表達(dá)，可能與KIRC的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。TGF-β能夠上調(diào)TGM2，而TGM2也可以將非活性TGF-β轉(zhuǎn)化為其活性形式，TGF-β是一種多功能細(xì)胞因子，在腫瘤發(fā)生的早期可作為抑癌基因抑制細(xì)胞的增殖和分化，但在腫瘤的進(jìn)展期則可抑制免疫功能、增加血管的生成、誘導(dǎo)細(xì)胞外基質(zhì)的產(chǎn)生而促進(jìn)腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移[22]。TGM2的表達(dá)可增強TGF-β/SMADs信號通路傳導(dǎo)，造成轉(zhuǎn)錄因子核因子-κB(NF-κB)的激活使細(xì)胞增殖增強，導(dǎo)致球體的形成和轉(zhuǎn)移[23]；同時TGM2的過表達(dá)會激活NF-κB信號傳導(dǎo)以增加STAT3和IL-6信號傳導(dǎo)，從而增強自噬依賴性細(xì)胞存活能力，而且自噬反應(yīng)對IL-6和TG2信號傳導(dǎo)有正反饋影響[24-25]；有研究[26]表明，在發(fā)生應(yīng)激時，細(xì)胞自噬防止有毒或致癌的損傷蛋白質(zhì)和細(xì)胞器的累積，抑制細(xì)胞癌變；然而腫瘤一旦形成，細(xì)胞自噬就能為癌細(xì)胞提供更豐富的營養(yǎng)，促進(jìn)腫瘤生長。

腎細(xì)胞癌中，TGM2也被證明可以通過p53的降解促進(jìn)血管生成，從而導(dǎo)致HIF1α活化和VEGF的產(chǎn)生增加[27]。此外，TGM2通過涉及改變半胱天冬酶-3和Bax活性的機制抑制細(xì)胞凋亡，強調(diào)了TGM2介導(dǎo)的復(fù)雜系統(tǒng)對細(xì)胞環(huán)境的重要性，事實上，TGM2細(xì)胞亞定位和同種型似乎都是決定其如何介導(dǎo)細(xì)胞命運的關(guān)鍵因素，而TGM2本身是半胱天冬酶-3的靶標(biāo)[28-30]。

綜上所述，TGMs在KIRC患者中均有差異表達(dá)，其中表達(dá)量最大的為TGM2，作為一種潛在的免疫調(diào)節(jié)因子，或許可成為KIRC診療中有一定價值的生物標(biāo)記物。