基于生物信息學(xué)手段探討趨化因子CXC配體9在胃癌組織中表達及臨床意義

劉效伊 張春斌 鄒佳賀

(1深圳市龍崗區(qū)婦幼保健院(汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院龍崗婦幼臨床學(xué)院)中心實驗室,廣東 深圳 518172;2漳州衛(wèi)生職業(yè)學(xué)院醫(yī)學(xué)技術(shù)系/轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)檢測應(yīng)用技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心;3深圳市龍崗區(qū)婦幼保健院(汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院龍崗婦幼臨床學(xué)院)檢驗科)

胃癌(GC)是世界范圍內(nèi)最常見的惡性腫瘤之一。根據(jù)國際癌癥研究機構(gòu)(IARC)的數(shù)據(jù)顯示,GC是2018年全球第四大最常見的腫瘤〔1〕。由于多數(shù)GC患者是在晚期才被確診,因此GC死亡率也很高,其是第三大最常見的癌癥相關(guān)死亡原因〔2〕。據(jù)統(tǒng)計,僅2015年全球就約有130萬例GC新發(fā)病例(占所有癌癥新發(fā)病例的7.4%)和81.9萬例死亡病例(占所有癌癥死亡病例的9.3%)〔3〕。GC是一種多因素導(dǎo)致的疾病,環(huán)境因素和遺傳因素在其病因?qū)W中具有重要作用。目前,人們已經(jīng)確定GC的危險因素包括高齡、男性、吸煙、肥胖、亞洲人種和幽門螺桿菌感染〔4,5〕。此外,高鹽和煙熏飲食、飲酒、水果和蔬菜攝入過少等飲食習(xí)慣也與GC的風(fēng)險有關(guān)〔4,6〕。陽性家族史(有一級親屬患有GC)是GC的另一危險因素,大約10%的GC病例表現(xiàn)出家族聚集性,且1%～3%的GC患者存在種系突變〔7〕。目前認為,家族史可能是由于共享環(huán)境導(dǎo)致的風(fēng)險因素,例如幽門螺桿菌可從父母傳給子女,或由共同的遺傳因素所致〔8〕。

趨化因子是一類小分子分泌性蛋白家族,最初因其具有介導(dǎo)免疫細胞運輸和淋巴組織發(fā)育而被廣泛關(guān)注〔9〕。研究發(fā)現(xiàn),趨化因子及其受體也參與和支持腫瘤的發(fā)展、轉(zhuǎn)移和擴散〔10〕。在腫瘤微環(huán)境(TME)中,趨化因子可由腫瘤細胞和其他非腫瘤細胞如免疫細胞和基質(zhì)細胞表達〔11〕。在特定的趨化因子作用下,不同的免疫細胞亞群遷移到TME中,并以時空的方式調(diào)節(jié)腫瘤的免疫反應(yīng)〔11〕。此外,趨化因子也可以直接靶向腫瘤微環(huán)境中的非免疫細胞而參與腫瘤進程,如作用于腫瘤細胞可調(diào)節(jié)其干細胞樣細胞增殖和侵襲性,作用于基質(zhì)細胞可調(diào)節(jié)新血管生成、神經(jīng)發(fā)生和纖維形成〔12〕。趨化因子及其受體可通過多種互補的機制來支持腫瘤進程,如吸引腫瘤細胞到轉(zhuǎn)移擴散部位;動員骨髓的髓源性細胞(BMDC)進入血液,然后使其在TME定植,并指導(dǎo)這些BMDC在腫瘤部位的生物學(xué)功能;作為生長因子通過自分泌途徑支持腫瘤生長等〔13〕。本研究利用生物信息學(xué)方法和手段研究CXCL9趨化因子在GC組織中的表達,并比較其在不同臨床資料、臨床病理特征和組織類型患者中的表達差異,同時研究其在GC中與CXCL10和CXCL11趨化因子表達的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1臨床樣本的獲得及定量分析 利用TCGA數(shù)據(jù)庫(https://cancergenome.nih.gov)查找并獲得34例正常胃組織和415例GC胃組織的CXCL9 mRNA表達數(shù)據(jù),其mRNA表達水平用每百萬轉(zhuǎn)錄本(TPM)數(shù)據(jù)進行表示。將獲得的臨床樣本分為正常組和GC組,并將GC組按一般臨床資料、臨床病理特征和組織類型進一步分組,利用各組TPM數(shù)據(jù)進行CXCL9 mRNA差異表達分析。

1.2相關(guān)性分析 利用TIMER(https://cistrome.shinyapps.io/timer/)數(shù)據(jù)庫對GC中CXCL9與CXCL10、CXCL11的mRNA表達量進行相關(guān)性分析。

1.3統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS22.0軟件進行t檢驗、秩和檢驗、Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié) 果

2.1GC組織中CXCL9 mRNA表達上調(diào) GC組CXCL9 mRNA表達〔25.257(10.841,62.810)〕顯著高于正常組(P<0.01)。

2.2GC組織中CXCL9 mRNA表達與腫瘤患者一般臨床資料有關(guān) 與正常組比較,男性和女性患者的CXCL9 mRNA表達量均顯著升高(P<0.01);41～60歲、61～80歲和81～100歲年齡段患者的CXCL9 mRNA表達量均顯著升高(P<0.01),但21～40歲年齡段患者與正常組無顯著差異(P>0.05);此外,白種和亞裔患者的CXCL9 mRNA表達量均顯著高于正常組(P<0.01),但非裔患者與正常組無顯著差異(P>0.05)。見表1。

2.3GC組織中CXCL9 mRNA表達與腫瘤患者臨床病理特征有關(guān) GC組分期Ⅱ～Ⅳ期患者的CXCL9 mRNA表達量顯著高于正常組和GC組分期Ⅰ期患者(P<0.01),但正常組和GC分期Ⅰ期患者CXCL9 mRNA表達量無顯著差異(P>0.05);GC組分級2和3級患者的CXCL9 mRNA表達量顯著高于正常組(P<0.01),且分級3級患者顯著高于1和2級患者(P<0.01),但正常組和GC組分級1級患者的CXCL9 mRNA表達量無顯著差異(P>0.05);此外,淋巴轉(zhuǎn)移N0～N3期患者的CXCL9 mRNA表達量均顯著高于正常組(P<0.01)。見表1。

2.4GC組織中CXCL9 mRNA表達與腫瘤患者組織類型有關(guān) GC組所有胃癌組織類型的CXCL9 mRNA表達量均顯著高于正常組(P<0.05)。此外,與非特異性腺癌比較,CXCL9 mRNA在印戒細胞腺癌、腸型黏液腺癌和腸型乳頭狀腺癌中的表達量顯著降低(P<0.01);與彌漫性腺癌比較,CXCL9 mRNA在腸型黏液腺癌和腸型乳頭狀腺癌中的表達量顯著降低(P<0.05)。此外,腸型黏液腺癌CXCL9 mRNA顯著低于非特異性腸型腺癌(P<0.05),腸型乳頭狀腺癌CXCL9 mRNA顯著高于腸型管狀腺癌(P<0.01)。見表1。

2.5GC組織中CXCL9與CXCL10、CXCL11 mRNA表達呈正相關(guān) 在GC組織中CXCL9與CXCL10和CXCL11 的mRNA表達量呈正相關(guān)(r=0.895、0.826,均P<0.01)。見圖1。

圖1 GC組織中CXCL9與CXCL10、CXCL11 mRNA表達呈正相關(guān)

3 討 論

CXCL9屬于CXC類趨化因子,其生物學(xué)作用是通過與其CXC趨化因子受體(CXCR)3相結(jié)合而實現(xiàn)的。研究顯示,CXCL9主要在CXCR3通路中調(diào)節(jié)免疫細胞的激活、分化和遷移,并通過招募細胞毒性淋巴細胞(CTL)、自然殺傷(NK)細胞、NKT細胞和巨噬細胞等免疫細胞來發(fā)揮免疫應(yīng)答反應(yīng)〔14〕。此外,CXCL9也可增強表達有CXCR3的促炎性輔助性T細胞(Th)1的功能〔15〕。

目前學(xué)界對有關(guān)CXCL9在腫瘤中的作用持有不同的觀點。在小鼠實驗中發(fā)現(xiàn),CXCL9表達缺陷的腫瘤細胞比表達有CXCL9的腫瘤細胞更具致瘤性,隨后進一步發(fā)現(xiàn)CXCL9表達缺陷是腫瘤細胞逃避抗腫瘤免疫應(yīng)答、導(dǎo)致免疫逃逸的一種機制〔16〕。對TME的研究顯示,干擾素(IFN)-γ可誘導(dǎo)CXCL9表達上調(diào),并且由腫瘤或宿主細胞產(chǎn)生的CXCL9可招募與腫瘤抑制相關(guān)的CXCR3+腫瘤浸潤性CD4+T細胞、CD8+T細胞和NK細胞進入TME〔14,17〕。此外,研究還發(fā)現(xiàn),低表達CXCL9可顯著損害免疫細胞介導(dǎo)的抗腫瘤免疫應(yīng)答〔15,18〕。臨床研究發(fā)現(xiàn),在腎癌和胰腺導(dǎo)管腺癌等多種惡性腫瘤中,高表達CXCL9與患者總生存期延長密切相關(guān)。此外,腎癌中CXCL9表達與腫瘤大小和微血管密度呈負相關(guān),與浸潤腫瘤的CD8+T細胞數(shù)量呈正相關(guān)〔19,20〕。研究發(fā)現(xiàn),缺乏CXCR3的荷瘤小鼠在對抗程序性細胞死亡蛋白(PD)-1的療效降低,由腫瘤內(nèi)CD103+樹突細胞產(chǎn)生的CXCL9可通過與CD8+T細胞表達的CXCR3相互作用而增強抗PD-1誘導(dǎo)的抗腫瘤應(yīng)答,表明CXCL9/CXCR3經(jīng)促進TME內(nèi)的樹突細胞-T細胞相互作用而發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)〔21〕。研究表明,CXCL9在腫瘤中可能具有一定的促進作用。如Razis等〔22〕在對557例早期乳腺癌患者的前瞻性隨機試驗研究中發(fā)現(xiàn),CXCL9過表達與魯米那(luminal)A 型患者的預(yù)后不良特征密切相關(guān)。此外,Tan等〔23〕通過逆轉(zhuǎn)錄-定量聚合酶鏈反應(yīng)分析顯示,前列腺癌臨床樣本中CXCL9 mRNA的表達與患者的臨床病理分期呈正相關(guān)。動物研究發(fā)現(xiàn),與對照小鼠相比,CXCL9+小鼠的前列腺癌病理改變和細胞增殖明顯增強,外周血和脾臟中的T細胞數(shù)量明顯減少,其存活率顯著降低〔23〕。此外,免疫組化染色顯示,CXCL9+小鼠中白細胞介素(IL)-6和轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β的表達發(fā)生顯著下調(diào),提示CXCL9可通過抑制T細胞產(chǎn)生相應(yīng)細胞因子來促進前列腺癌進程〔23〕。本研究表明,CXCL9在GC組織中表達上調(diào),且其高表達與患者不良臨床病理特征具有一定的關(guān)系。除了CXCL9,CXCR3配體還包括CXCL10和CXCL11〔15〕。研究發(fā)現(xiàn),盡管CXCR3的3個配體的序列同源性較低,但由于三者都可被IFN-γ誘導(dǎo),因此將它們歸為(谷氨酸-亮氨酸-精氨酸)ELR-CXC趨化因子的一個典型亞家族〔24〕。研究認為,CXCL9、CXCL10、CXCL11也可促進腫瘤的增殖和轉(zhuǎn)移,這可能是三者對不同的CXCR3亞型有不同的作用造成的〔25〕。