谷胱甘肽過(guò)氧化物酶-1在急性髓系白血病中的表達(dá)及臨床意義

吐爾遜阿依·肉孜 吳八路 梁雨星 周芙玲

急性髓性白血病(AML)是以骨髓母細(xì)胞克隆性增殖為特征的血液系統(tǒng)惡性疾病，是成人中最常見的惡性髓性疾病[1]。目前研究及臨床實(shí)踐表明，結(jié)合融合基因表達(dá)、基因突變、染色體核型和特異分子標(biāo)志物等對(duì)患者進(jìn)行危險(xiǎn)分層能夠?yàn)榛颊咧委煼桨傅倪x擇和預(yù)后評(píng)估提供重要依據(jù)[1-2]。由于AML的異質(zhì)性，目前近一半的患者無(wú)法根據(jù)現(xiàn)有分層因素進(jìn)行準(zhǔn)確分類[2]。因此，我們需要探索更多有效指標(biāo)來(lái)區(qū)分預(yù)后良好和預(yù)后不良患者，并為其提供個(gè)性化治療。谷胱甘肽過(guò)氧化物酶-1(GPX1)是GXP的家族成員，主要分布于細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，目前被認(rèn)為是一種與氧化應(yīng)激相互作用的酶[3]。越來(lái)越多的研究表明，GPX1表達(dá)的改變或異常與惡性腫瘤、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病、自身免疫性疾病和糖尿病等密切相關(guān)[4]。然而，目前關(guān)于GPX1在AML中的研究較少。通過(guò)挖掘在線數(shù)據(jù)庫(kù)，獲得疾病相關(guān)性基因已在多種腫瘤中得到應(yīng)用[5-7]。本研究主要采用生物信息學(xué)方法，通過(guò)在線數(shù)據(jù)庫(kù)挖掘分析GPX1在AML中的表達(dá)及其對(duì)患者預(yù)后的影響，構(gòu)建與之相互作用的蛋白網(wǎng)絡(luò)圖，富集其參與的主要生物學(xué)過(guò)程，探索其臨床價(jià)值，為進(jìn)一步研究GPX1在AML發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的作用提供理論基礎(chǔ)。

材料與方法

1.材料：通過(guò)癌癥基因組圖譜(TCGA)數(shù)據(jù)庫(kù)、基因組織表達(dá)(GTEx)數(shù)據(jù)庫(kù)及阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校癌癥分析(UALCAN)數(shù)據(jù)庫(kù)檢索并下載151例AML患者(AML組)和70例正常受試者(正常對(duì)照組)的臨床資料。以AML患者骨髓細(xì)胞中GPX1表達(dá)水平的中位數(shù)(8.575)為界，將151例AML患者分為高表達(dá)組(76例)和低表達(dá)組(75例)。

2.方法：通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)收集AML組和正常對(duì)照組受試者的GPX1表達(dá)水平，收集AML組患者的FAB分型、臨床資料(性別、年齡、FLT3突變情況、WBC計(jì)數(shù)、骨髓及外周血原始細(xì)胞比例、細(xì)胞遺傳學(xué)中高風(fēng)險(xiǎn)情況)、中位生存時(shí)間、1、2、3年生存期及免疫細(xì)胞(未成熟樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞、輔助性T細(xì)胞、記憶T細(xì)胞)的單樣本基因集富集分析(ssGSEA)評(píng)分。

結(jié) 果

1.GPX1在AML組和正常對(duì)照組中的表達(dá)水平比較和診斷價(jià)值：通過(guò)TCGA和GTEx數(shù)據(jù)庫(kù)檢索發(fā)現(xiàn)AML組患者GPX1表達(dá)水平顯著高于正常對(duì)照組(8.575±0.885比0.623±0.338，P<0.001)。UALCAN數(shù)據(jù)庫(kù)檢索結(jié)果顯示，GPX1在非M3型AML組患者中表達(dá)水平顯著高于M3型AML組(9.098±0.771比7.792±0.986，P<0.001)。ROC曲線分析結(jié)果顯示，GPX1能準(zhǔn)確區(qū)別AML患者和健康人群，GPX1預(yù)測(cè)AMLROC曲線下面積(AUC)為0.987(95%CI0.976～0.998)，見圖1。此外，進(jìn)一步的ROC曲線分析結(jié)果顯示，GPX1鑒別M4型AML和M5型AML時(shí)也具有一定的診斷價(jià)值，GPX1預(yù)測(cè)M5型AML的AUC為0.713(95%CI0.543～0.882)，見圖2。

圖1 GPX1預(yù)測(cè)AML的ROC曲線 圖2 GPX1預(yù)測(cè)M4型AML及M5型AML的ROC曲線

2.低表達(dá)組和高表達(dá)組AML患者的臨床資料比較：高表達(dá)組AML患者WBC計(jì)數(shù)高于低表達(dá)組(P=0.001)，而兩組間性別、年齡、骨髓及外周血原始細(xì)胞比例、細(xì)胞遺傳學(xué)中高風(fēng)險(xiǎn)及FLT3突變患者比例比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表1。

表1 低表達(dá)組和高表達(dá)組AML患者的臨床特征比較[M(P25,P75)]

3.影響AML患者預(yù)后的單因素和多因素分析：?jiǎn)我蛩睾投嘁蛩谻ox分析結(jié)果顯示，年齡、細(xì)胞遺傳學(xué)及GPX1表達(dá)水平均為AML患者預(yù)后的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素(P<0.001)。見表2。

表2 影響AML患者預(yù)后的單因素和多因素分析

4.GPX1的表達(dá)水平與AML患者生存期的關(guān)系:Kaplan-Meier生存分析曲線結(jié)果顯示，高表達(dá)組中位生存時(shí)間(9.2個(gè)月)低于低表達(dá)組(27.4個(gè)月，HR=2.19,95%CI1.42～3.38,P<0.001)。見圖3。ROC曲線分析結(jié)果顯示，GPX1表達(dá)水平預(yù)測(cè)AML患者1、2、3年生存期的AUC分別為0.669(95%CI0.573～0.765)、0.653(95%CI0.550～0.757)、0.636(95%CI0.516～0.756)。見圖4。

圖3 高表達(dá)組和低表達(dá)組患者Kaplan-Meier生存分析曲線 圖4 GPX1預(yù)測(cè)AML患者1、2、3年生存期價(jià)值的ROC曲線

5.低表達(dá)組和高表達(dá)組AML患者不同免疫細(xì)胞的富集評(píng)分比較：高表達(dá)組患者未成熟樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的富集評(píng)分均高于低表達(dá)組，輔助性T細(xì)胞及記憶T細(xì)胞的富集評(píng)分均低于低表達(dá)組(P<0.01)。見表3。

6.AML患者GPX1表達(dá)水平與免疫細(xì)胞的相關(guān)性分析：Spearman相關(guān)分析結(jié)果顯示，GPX1在AML患者中的表達(dá)水平與未成熟樹突狀細(xì)胞(r=0.489)、巨噬細(xì)胞(r=0.385)、自然殺傷細(xì)胞(r=0.342)、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(r=0.350)的富集評(píng)分均呈顯著正相關(guān)，而與輔助性T細(xì)胞(r=-0.375)、記憶T細(xì)胞(r=-0.332)的富集評(píng)分均呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。

討 論

根據(jù)最新的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，每年新發(fā)的白血病約占全球所有新發(fā)惡性腫瘤病例的2.5%，而新發(fā)的白血病死亡患者約為3.1%[8]。隨著社會(huì)老齡化，AML的發(fā)病率可能呈顯著上升趨勢(shì)，對(duì)人民的健康危害越來(lái)越凸顯。近年來(lái)，隨著人們對(duì)AML研究的進(jìn)一步深入，越來(lái)越多的生物學(xué)分子被發(fā)現(xiàn)在白血病的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，有一部分已經(jīng)被應(yīng)用于白血病的靶向治療，給患者帶來(lái)希望。

目前研究表明，活性氧(ROS)在腫瘤細(xì)胞內(nèi)可能是一把雙刃劍:一方面，高水平的ROS與腫瘤的發(fā)生、轉(zhuǎn)化和化療耐藥有關(guān)[9-11]；另一方面，過(guò)量的ROS可引起腫瘤細(xì)胞的凋亡，而抗氧化酶催化的還原反應(yīng)能夠抵消腫瘤細(xì)胞中過(guò)量的ROS水平，以避免氧化應(yīng)激產(chǎn)生的不利影響[12]?？寡趸赶到y(tǒng)主要由超氧化物歧化酶、硫氧還蛋白過(guò)氧化物酶、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶等組成[10]。在哺乳動(dòng)物中，GPX家族由8個(gè)成員(GPX1～GPX8)組成，其中5個(gè)(GPX1～GPX4和GPX6)在催化中心含有硒代半胱氨酸，另外三個(gè)則是含半胱氨酸的蛋白質(zhì)[3]。GPX1是迄今為止鑒定出的5種GPX同工酶中表達(dá)水平最豐富的并且普遍存在于各種細(xì)胞中的一種酶，并廣泛表達(dá)在細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)和線粒體上，是細(xì)胞抗氧化防御的重要組分，且和多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[13-15]。研究發(fā)現(xiàn)，GPX1參與腫瘤的多種生物學(xué)功能，如增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移、凋亡和化療耐藥性[13，16]。例如GPX1的mRNA和蛋白質(zhì)在急性T淋巴細(xì)胞白血病(T-ALL)細(xì)胞中明顯過(guò)表達(dá),功能試驗(yàn)結(jié)果表明GPX1沉默顯著抑制T-ALL細(xì)胞的增殖能力并誘導(dǎo)其凋亡[17]?；蛘{(diào)控網(wǎng)絡(luò)表明，GPX1主要參與包括谷胱甘肽代謝、細(xì)胞周期調(diào)控、鐵死亡、TP53調(diào)控代謝基因、ROS代謝過(guò)程和其他幾個(gè)信號(hào)通路在內(nèi)的多種通路[4,13,18]。

本研究中我們通過(guò)生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)GPX1在正常人群中低表達(dá)，而在AML患者中顯著高表達(dá)，且其表達(dá)水平在AML各亞型中也不同。ROC曲線分析結(jié)果顯示GPX1預(yù)測(cè)AML的AUC較高。此外，GPX1在鑒別M4型AML和M5型AML方面也具有一定價(jià)值。Kaplan-Meier生存分析曲線結(jié)果顯示，高表達(dá)組患者的中位生存時(shí)間低于低表達(dá)組，提示GPX1可能是AML患者潛在的分子預(yù)后標(biāo)志物。單因素和多因素Cox分析結(jié)果顯示，GPX1的表達(dá)水平對(duì)于AML患者而言是除了年齡、細(xì)胞遺傳學(xué)外的又一個(gè)重要的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子。Spearman相關(guān)分析結(jié)果顯示，GPX1的表達(dá)水平與未成熟樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、調(diào)節(jié)T細(xì)胞富集評(píng)分均呈正相關(guān)，而與輔助T細(xì)胞、記憶T細(xì)胞富集評(píng)分均呈負(fù)相關(guān)。這些結(jié)果均提示我們，GPX1可能在AML腫瘤微環(huán)境中免疫細(xì)胞的募集和調(diào)節(jié)中發(fā)揮了重要作用。已有研究表明，活化的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞能夠促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移[19-20]，提示GPX1可能在AML患者腫瘤細(xì)胞浸潤(rùn)、轉(zhuǎn)移方面也起到一定作用。

綜上所述, 本研究通過(guò)對(duì)在線數(shù)據(jù)庫(kù)中AML GPX1基因信息的深入挖掘和系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)GPX1在AML中高表達(dá),且與AML患者不良預(yù)后密切相關(guān)，可能在AML的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮了促癌作用。此外，我們對(duì)不同免疫細(xì)胞ssGSEA評(píng)分與AML患者GPX1表達(dá)水平的相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)GPX1可能在AML的發(fā)生發(fā)展中通過(guò)調(diào)節(jié)白血病細(xì)胞免疫微環(huán)境而發(fā)揮作用。總之，對(duì)于AML患者而言，GPX1可能是一種獨(dú)立的預(yù)后因子和一種新的潛在生物標(biāo)志物，能夠用于預(yù)測(cè)AML患者的疾病進(jìn)展，并可為AML的新藥設(shè)計(jì)和治療策略的選擇提供參考。本研究也存在一定的局限性：研究結(jié)果均由生物信息學(xué)分析在線數(shù)據(jù)獲得，尚需進(jìn)一步的臨床樣本及試驗(yàn)驗(yàn)證。