基于生物信息學手段探討趨化因子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深圳市龍崗區婦幼保健院(汕頭大學醫學院龍崗婦幼臨床學院)中心實驗室,廣東 深圳 518172;2漳州衛生職業學院醫學技術系/轉化醫學檢測應用技術協同創新中心;3深圳市龍崗區婦幼保健院(汕頭大學醫學院龍崗婦幼臨床學院)檢驗科)

胃癌(GC)是世界范圍內最常見的惡性腫瘤之一。根據國際癌癥研究機構(IARC)的數據顯示,GC是2018年全球第四大最常見的腫瘤〔1〕。由于多數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死亡原因〔2〕。據統計,僅2015年全球就約有130萬例GC新發病例(占所有癌癥新發病例的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是一種多因素導致的疾病,環境因素和遺傳因素在其病因學中具有重要作用。目前,人們已經確定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慣也與GC的風險有關〔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境導致的風險因素,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,最初因其具有介導免疫細胞運輸和淋巴組織發育而被廣泛關注〔9〕。研究發現,趨化因子及其受體也參與和支持腫瘤的發展、轉移和擴散〔10〕。在腫瘤微環境(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,并以時空的方式調節腫瘤的免疫反應〔11〕。此外,趨化因子也可以直接靶向腫瘤微環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節其干細胞樣細胞增殖和侵襲性,作用于基質細胞可調節新血管生成、神經發生和纖維形成〔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,并指導這些BMDC在腫瘤部位的生物學功能;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數據庫(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表達數據,其mRNA表達水平用每百萬轉錄本(TPM)數據進行表示。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數據進行CXCL9 mRNA差異表達分析。

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

1.3統計學分析 采用SPSS22.0軟件進行t檢驗、秩和檢驗、Pearson相關性分析。

2 結 果

2.1GC組織中CXCL9 mRNA表達上調 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 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 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 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 在GC組織中CXCL9與CXCL10和CXCL11 的mRNA表達量呈正相關(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

3 討 論

CXCL9屬于CXC類趨化因子,其生物學作用是通過與其CXC趨化因子受體(CXCR)3相結合而實現的。研究顯示,CXCL9主要在CXCR3通路中調節免疫細胞的激活、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揮免疫應答反應〔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〕。

目前學界對有關CXCL9在腫瘤中的作用持有不同的觀點。在小鼠實驗中發現,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,隨后進一步發現CXCL9表達缺陷是腫瘤細胞逃避抗腫瘤免疫應答、導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CXCL9表達上調,并且由腫瘤或宿主細胞產生的CXCL9可招募與腫瘤抑制相關的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,研究還發現,低表達CXCL9可顯著損害免疫細胞介導的抗腫瘤免疫應答〔15,18〕。臨床研究發現,在腎癌和胰腺導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。此外,腎癌中CXCL9表達與腫瘤大小和微血管密度呈負相關,與浸潤腫瘤的CD8+T細胞數量呈正相關〔19,20〕。研究發現,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CD103+樹突細胞產生的CXCL9可通過與CD8+T細胞表達的CXCR3相互作用而增強抗PD-1誘導的抗腫瘤應答,表明CXCL9/CXCR3經促進TME內的樹突細胞-T細胞相互作用而發揮抗腫瘤效應〔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現,CXCL9過表達與魯米那(luminal)A 型患者的預后不良特征密切相關。此外,Tan等〔23〕通過逆轉錄-定量聚合酶鏈反應分析顯示,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。動物研究發現,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和轉化生長因子(TGF)-β的表達發生顯著下調,提示CXCL9可通過抑制T細胞產生相應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,且其高表達與患者不良臨床病理特征具有一定的關系。除了CXCL9,CXCR3配體還包括CXCL10和CXCL11〔15〕。研究發現,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,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移,這可能是三者對不同的CXCR3亞型有不同的作用造成的〔25〕。