丙酮酸脫氫酶激酶4在胃癌中的表達水平及預后價值

莊燕燕

福建省晉江市中西醫結合醫院 362000

胃癌是全球最常見的惡性腫瘤之一，預后差，死亡率高，而我國是胃癌高發的國家，發病人數和死亡人數均約占世界的50%，因此，胃癌是我國重點防控的癌癥之一[1]。盡管胃癌死因順位在所有惡性腫瘤中有所下降，但胃癌死亡人數每年仍高達30萬，約占全國總癌癥死亡的15%[2]，防控胃癌任重道遠。隨著基因芯片技術和生物信息學的快速發展，目前已經發現多種基因參與胃癌的發生發展，并且與胃癌的預后高度相關[3]。Warburg首次發現，與正常細胞不同，腫瘤細胞采用糖酵解作為主要的產能方式，以滿足其快速增殖的能量需求，即瓦伯格效應[4]。隨后人們發現，糖酵解代謝模式與丙酮酸脫氫酶復合物(Pyruvate dehydrogenase complex，PDC)的活性抑制有關，而這種活性抑制腫瘤發生與發展的重要分子事件[5]。

在人體內，PDC的活性主要受丙酮酸脫氫酶激酶(Pyruvate dehydrogenase kinase，PDK)調控，PDK是PDC的重要負性調節因子，其活性域可使PDC的關鍵蛋白發生磷酸化而抑制其活性，PDK蛋白的異常表達與多種惡性腫瘤的惡性行為相關[6-8]。PDK存在4種異構體，即PDK1、PDK2、PDK3、PDK4，其中PDK4是最重要的PDC調控因子。目前，國內外尚無學者探討PDK4在胃癌組織中的表達及其與胃癌臨床預后關系，因此PDK4在胃癌中的作用尚不明確。因此，本文采用生物信息學分析和大數據分析，探討PDK4 mRNA在胃癌組織及癌旁組織中的表達情況，分析PDK4對胃癌總生存和無進展生存的影響，初步探討PDK4的臨床意義。

1 資料與方法

1.1 PKD4基因表達的數據收集 收集TCGA數據庫(https://www.cancer.gov/about-nci/organization/ccg /research/structural-genomics/tcga)中375例胃癌組織和45例癌旁組織的mRNA表達矩陣，然后采用R語言篩選PDK4的mRNA數據，并記錄其表達水平。

1.2 生存數據來源 采用Kaplan-Meier plotter在線數據庫收集不同PDK4表達水平生存曲線，其官方網址是http://kmplot.com/analysis[9]。本文提取基因是PDK4，對應的基因編碼是205960_at。根據數據庫提供的參數條件，設置以下篩選條件：(1)數據模塊：Start KM plotter for Gastric cancer；(2)基因符號(Gene symbol)：PDK4；(3)人群分組：采用自動分組(Auto select best cutoff)；(4)生存結局：總生存和無進展生存。

1.3 研究指標及統計學方法 本文主要的研究指標是胃癌組織和癌旁組織中PDK4的表達差異以及不同PDK4基因表達水平下的生存結果。基因表達差異采用t檢驗，利用R語言統計。生存比較采用Kaplan-Meier生存曲線圖表示，采用Kaplan-Meier plotter在線分析。主要效應指標為風險比(HR)及其95%置信區間、P值。P<0.05組間差別有統計學意義。

2 結果

2.1 胃癌組織及癌旁組織中PDK4的表達情況 共有420個樣本納入分析，其中癌旁組織45個樣本，PDK4中位表達水平為4 211(2 897～6 245)；而胃癌組織375個樣本，PDK4中位表達水平為6 777(2 799～9 374)，差異具有統計學意義(P<0.001)。見圖1。

圖1 胃癌組織及癌旁組織中PDK4的表達情況

2.2 不同PDK4表達水平下的總生存(OS)結果 共875例胃癌患者納入總生存分析，其中646例患者屬于PDK4高表達組，229例患者為低表達組。PDK4基因低表達組患者中位OS為53.43個月，而PDK4基因高表達組OS為27.8個月；風險比HR=1.46，95% CI 1.18～1.79，差異具有統計學意義(P=0.000 36)。相應的OS曲線見圖2。

圖2 不同PDK4基因表達狀態的總生存和無進展生存曲線圖

2.3 不同PDK4表達水平下的無進展生存(PFS)結果 共有640例胃癌患者被納入PFS分析。其中479例患者為PDK4高表達組，161例為低表達組。PDK4基因低表達組患者中位PFS為30.00個月，高表達組為17.3個月；風險比HR=1.37，95% CI 1.06～1.75，差異具有統計學意義(P=0.014)。PFS生存曲線見圖2。

3 討論

胃癌是一種常見的消化道腫瘤，手術是其最重要的治療手段，然而對于多數胃癌患者，即使接受手術治療，其5年生存率也只有15%～20%。如何提高胃癌的長期生存是目前腫瘤防控的重要任務[10]。既往研究表明，腫瘤細胞獲取能量的主要途徑是糖酵解，而這一現象也被稱為Warburg效應[4]。研究發現，通過抑制糖酵解，可以抑制Warburg效應，并切斷腫瘤細胞的能量供應，繼而誘導腫瘤細胞死亡，是一種潛在的治療措施[8]。PDK介導的PDC可能參與Warburg效應[11]，因此越來越多學者關注PDK在惡性腫瘤中的表達及預后價值。

童晶濤等人發現，PDK1基因在結腸癌組織中高表達，而在癌旁組織中則是低表達，進一步采用PDK抑制劑來抑制PDK1的活性時，發現結腸癌細胞增殖活性被明顯抑制[8]。陳艷榮等人發現，結腸癌組織中PDK4蛋白的表達率顯著高于癌旁組織，且PDK4蛋白的表達水平與腫瘤的分化程度、臨床分期、淋巴結轉移、預后等密切相關，提示PDK4可能參與結腸癌的發生、發展，是重要的促癌基因[6]。

胃癌同樣屬于消化道腫瘤，但目前尚無學者探索PDK4在胃癌中的預后價值。筆者通過TCGA數據庫下載mRNA表達數據，結果發現胃癌組織PDK4中位表達水平為6 777(2 799～9 374)，而癌旁組織中位表達水平為4 211(2 897～6 245)，差異具有統計學意義(P<0.001)，說明與結腸癌相似，PDK4同樣可能參與腫瘤的發生發展。在本研究中，基于Kaplan-Meier plotter在線分析顯示，PDK4基因低表達組患者中位OS和PFS均顯著優于PDK4基因高表達組，說明PDK4基因是一種促癌基因，明顯影響胃癌患者的預后。

目前，PDK4基因發揮促癌的機制尚未形成共識。一種觀點認為，PDK4基因高表達，顯著提高了腫瘤細胞的糖酵解能力，改善了腫瘤細胞的能量供應，從而促進腫瘤的發生發展。PDK4表達的調控還可以改變并促進人乳腺癌細胞、膀胱癌細胞耐藥性，影響腫瘤內分泌治療或化療的療效[12-13]。因此，PDK4可望成為惡性腫瘤有效的治療靶點。

總之，根據TCGA數據分析和Kaplan-Meier plotter在線分析，筆者發現PDK4的表達水平與胃癌的預后存在相關性，或許PDK4可成為改善胃癌預后的新靶標，為今后對胃癌的基礎研究和臨床靶向治療提供參考。需要注意的是，本文僅基于生物信息學分析，需要在實際病人群眾進行驗證，因此需要開展相關的臨床和基礎實驗，以確認PDK4的價值。