线粒体核糖体蛋白L13在肺腺癌中的表达及意义

马 娜，刘 芳

(佛山市第一人民医院病理科，广东 佛山 528000)

肺癌是世界第一大肿瘤，也是肿瘤相关致死率最高的肿瘤。2018年，肺癌新发病例约210万，死亡病例约180万[1]。腺癌是肺部肿瘤最常见的类型，约占肺部肿瘤总数的40%。肺腺癌(Lung Adenocarcinoma，LUAD)最重要的风险因素是吸烟。外科手术是肺癌最常见的治疗方法，但预后情况仍不佳。因此，研究肺腺癌的发病分子机制将有助于肺腺癌的早期诊断、靶向治疗和预防。

多项研究发现线粒体功能异常或障碍可引起多种疾病。根据不同的组织、器官对线粒体的依赖程度而产生不同组织特异性表现，比如肿瘤、心血管疾病、听力障碍、神经系统疾病、发育障碍性疾病、感觉障碍性疾病、代谢障碍性疾病等[2-5]。线粒体是制造细胞所需能量的细胞器，在细胞能量代谢过程中起到关键作用。线粒体核糖体蛋白(mitochondrial ribosomal proteins，MRPs)存在于真核细胞线粒体内，在胞浆内合成后，从细胞质基质中运送到线粒体内以完成线粒体核糖体的装配，参与线粒体蛋白的翻译过程[6]。线粒体核糖体是已知发现沉降系数最小的核糖体，其沉降系数约55～60S，由28S小亚基和39S大亚基组成。国际上根据MRP电泳特性不同命名。线粒体核糖体蛋白除了参与合成线粒体蛋白和制造能量，还参与多种细胞生命活动，包括线粒体稳态调节、细胞分化、细胞信息传递和细胞凋亡等过程，MRPs在多种恶性肿瘤中的表达出现异常[7]。

线粒体功能异常与肿瘤发生发展密切相关[2]。目前已发现多种MRPs在肿瘤中表达升高。例如RPL5、RPL11、RPL13可通过抑制MDM2/HDM2蛋白激活P53通路阻滞细胞周期[8-12]。DD-MRP4及MRPL41通过稳定p53蛋白抑制肿瘤细胞增殖[13-14]。MRPS7、MRPS15、MRPS22、MRPL40在乳腺癌中高表达[15]；MRPS23在宫颈癌中高表达[16]；膀胱癌组织中MRPS5高表达[17]；MRPS29在甲状腺癌[18]；MRPS35在睾丸生殖细胞肿瘤中高表达；MRPL11在头颈鳞状细胞癌中高表达[19-20]。目前已证实mrps18B是致癌基因，MRPS18B在子宫内膜癌中高表达，在子宫内膜癌细胞系中过表达，MRPS18B可增强其增殖能力。MRPL35在食管癌中高表达，通过慢病毒载体介导的基因沉默技术，沉默MRPL35可明显抑制食管癌细胞TE-1的增殖能力，并促进TE-1细胞的凋亡[21]。

癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas，TCGA)数据库是一个多组学的数据库，包含多种癌症的基因组、转录组、蛋白组、表观遗传组数据及其关联的临床数据，为肿瘤发生、发展、转移等研究提供了大量的数据。本研究利用TCGA公共数据库及多种在线分析软件，从mRNA及蛋白水平分析MRPL13在肺腺癌中的表达情况、MRPL13在肺腺癌组织中的表达对预后的影响，探讨MRPL13在肺腺癌发生发展中的作用。

1 资料和方法

1.1 资料数据来源数据均来源于TCGA数据库，包括肺腺癌数据集的mRNA表达数据以及对应的临床资料数据。临床资料包括生存时间、生存状态、年龄、疾病分期等。

1.2 基因表达分析利用GEPIA对TCGA数据进行分析，共分析483例肺腺癌组织及50例癌旁组织、不同分期肺腺癌组织中MRPL13的mRNA表达水平。

1.3 肺癌组织MRPL13免疫组化染色通过The Human Protein Atlas数据库获取肺腺癌组织的免疫组化染色结果。

1.4 生存分析利用The Human Protein Atlas对TCGA数据进行分析，获得生存资料完整的500例临床数据进行生存分析并计算MRPL13 mRNA表达量最佳截断值(两组生存率差别最大时基因表达量FPKM的值，即cutoff值)，并依据最佳截断值将样本分为高表达组和低表达组。

1.5 统计分析肺腺癌组织与癌旁组织的MRPL13表达量比较用单因素方差分析。不同分期肺腺癌组织的MRPL13采用F检验分析。生存分析采用Log-rank检验分析，运用Kaplan-Meier法绘制生存曲线。

2 结果

2.1 癌组织与癌旁组织中MRPL13 mRNA的表达与癌旁组织相比，肺腺癌组织高表达MRPL13 mRNA。提示肺腺癌的发生过程中MRPL13表达升高，见图1。

图1 MRPL13 mRNA在癌组织和癌旁组织的表达水平

2.2 不同临床分期患者肺MRPL13 mRNA的表达肺腺癌I期的肿瘤组织MRPL13表达量最低，IV期的表达量最高(P=0.0287)，提示MRPL13表达水平与肺腺癌进展相关，见图2。

图2 MRPL13 mRNA在不同肺腺癌不同分期癌组织中的表达水平

2.3 肺癌组织MRPL13蛋白免疫组化染色与癌旁组织相比，肺腺癌组织高表达MRPL13蛋白，与mRNA结果一致，肺间质不表达或低表达MRPL13蛋白。此外MRPL13蛋白主要在胞质中表达，见图3。

图3 免疫组化检测MRPL13蛋白在肺腺癌中的表达

2.4 MRPL13表达量对肺腺癌预后的影响The Human Protein Atlas对TCGA数据进行分析后可自动得出MRPL13基因在肺腺癌组织表达中位数为7.86，cutoff值为7.02，因此将MRPL13表达≥7.02定义为高表达组(n=294)，<7.02定义为低表达组(n=206)。MRPL13表达与总体生存显著相关，高表达患者总体生存期明显低于低表达患者(P<0.001)。MRPL13高表达组患者5年生存率仅为33%，低表达组5年生存率为52%。MRPL13高表达组患者15年生存率仅为0%，低表达组15年生存率为46%。MRPL13高表达组患者预后明显差于MRPL13低表达组患者，见图4。

图4 MRPL13表达量与肺腺癌患者预后的关系

3 讨论

目前，肺癌的治疗有了较大进展，但耐药仍是化疗中的一个主要瓶颈。虽然新型化疗药不断出现，但部分肺癌患者对化疗依然不敏感。因此迫切需要发现新的诊断及治疗靶点。得益于近年来高通量测序技术及生物信息学技术的发展，我们可以通过各种技术手段高效的分析肿瘤相关差异基因的表达、甲基化等数据。

线粒体功能异常引起疾病呈现增多的趋势以及肿瘤依然是人类健康的主要威胁，越来越多的研究者开始关注线粒体功能异常与肿瘤的关系。由于MRPs参与线粒体核糖体组装和翻译，因此是合成线粒体蛋白和制造能量的关键分子。

多项研究表明，MRPs在肿瘤发生发展中起到重要作用，并可作为肿瘤预后标志物和治疗靶点。此外MRPs还和临床病理特征相关，比如肿瘤亚型、分期、侵袭等。肺腺癌和MRPL13的相关性研究较少。有研究显示MRPS22的表达与非小型细胞肺癌的病理亚型有关，78%的鳞状细胞癌和腺癌高表达MRPS22，在其他类型肺癌中不表达或低表达MRPS22[22]，不过遗憾的是该研究并未分析MRPS22与肺癌患者预后的相关性以及不同分期肺癌组织中MRPS22的水平。

本研究通过TCGA数据库及多种在线分析工具从mRNA、蛋白水平分析肺腺癌组织与癌旁组织中MRPL13的表达水平、不同肺腺癌分期MRPL13 mRNA的表达水平、MRPL13 mRNA与患者预后的相关性。基因表达谱结果显示与癌旁组织相比，肺腺癌组织高表达MRPL13 mRNA(图1)，提示肺腺癌的发生过程中MRPL13表达升高。免疫组织化学结果显示与癌旁组织相比，肺腺癌组织高表达MRPL13蛋白，与mRNA结果一致，肺间质不表达或低表达MRPL13蛋白。此外MRPL13蛋白主要在胞质中表达(图3)。肺腺癌I期的肿瘤组织MRPL13表达量最低，IV期的表达量最高(P=0.0287)(图2)，提示MRPL13表达水平与肺腺癌进展相关。MRPL13表达与总体生存显著相关，高表达患者总体生存期明显低于低表达患者(P<0.001)。MRPL13高表达组患者5年生存率仅为33%，低表达组5年生存率为52%。MRPL13高表达组患者15年生存率仅为0%，低表达组15年生存率为46%。MRPL13高表达组患者预后明显差于MRPL13低表达组患者(图4)。综上所述，MRPL13是促进肺腺癌进展的重要分子之一，MRPL13可作为肺腺癌预后的指标之一，MRPL13也可能作为肺腺癌治疗的靶点。本实验中由于配对癌组织和癌旁组织的数量有限，可能统计上会有偏差，因此我们需要进一步收集数据，甚至在本单位收集肿瘤样本扩大样本量并进行测序分析。此外，本研究缺乏敲除或过表达MRPL13对肺腺癌肿瘤细胞影响的数据。MRPL13 在肺腺癌进展过程中发挥的分子机制暂不清楚，需要进一步的研究。解析MRPL13 在肺腺癌进展过程中发挥的分子机制可为肺腺癌的诊断和治疗提供新的思路。