ACSS3基因在胶质瘤中的表达及临床意义

高 论 刘骏辉 邓 钢 陈谦学

胶质瘤是成人中枢神经系统最常见的原发性颅内恶性肿瘤。其中，多形性胶质母细胞瘤(glioblastoma multiforme, GBM)预后最差，即使经过最大限度的手术切除后再辅以放化疗，5年生存率不足5%，中位生存时间仅有12～15个月[1,2]。

根据2007年世界卫生组织(WHO)的分类方法，根据其恶性程度和组织学特征，胶质瘤被分为Ⅰ～Ⅳ级。虽然传统的组织学分型方法为临床医师提供了不少帮助，但传统的分类方法在早期诊断、早期治疗和精确评估预后等方面存在不小的局限性。例如，即使是被诊断为同一分级的胶质瘤患者，在排除了治疗方案、性别等临床影响因素后，其患者的生存时间从数月到数年不整。因此，为实现胶质瘤的早期诊断、早期治疗和改善患者预后，提高生存质量，探索和建立胶质瘤新的分类方法十分迫切[3]。在过去的数十年中，随着高通量测序的快速发展和人类基因组计划的顺利完成，许多和胶质瘤预后相关的重要因子被发现，如MGMT、1p19q等。甲基鸟嘌呤甲基转移酶(methyl guanine methyl transferase, MGMT)启动子甲基化被认为是GBM对替莫唑胺(temozolomide, TMZ)化疗耐药的预测指标；1p/19q共缺失是少突胶质细胞瘤的分子学标志物，也是预测间变性胶质瘤对长春新碱(PCV)化疗反应的标志物[4]。基因技术的进步使得用于胶质瘤分类的分子学标志物变得越来越重要。因此，分子学标志物和组织学特征一起被纳入2016年修订的WHO胶质瘤分类标准中。尽管新修订的综合诊断标准提高了胶质瘤诊断的准确性，促进了个体化治疗的发展，然而目前的研究还不足以充分解释胶质瘤的发病机制，临床诊治也不尽如人意。因此，为建立一个更加完善、精准的分类标准和改善胶质瘤患者预后，探索更多的新型胶质瘤诊疗相关标志物十分重要[5]。

ACSS3属于酰基辅酶A合成酶短链家族成员之一，主要定位于线粒体。有文献报道ACSS3是胃癌的预后标志物，该研究发现ACSS3在胃癌组织中表达上调，敲低ACS33抑制了胃癌细胞的增殖、迁移和侵袭。另外，ACSS3也可能通过消除细胞自噬应激而促进胃癌进展[6]。

材料与方法

1.数据获取:本研究一共运用了6个数据集，其中，TCGA、Gravendeel和Rembrandt数据集从GlioVis数据库下载(http:∥gliovis.bioinfo.cnio.es/)[7～9]。CGGA所使用的数据来源于中国胶质瘤基因组图谱(http:∥www.cgga.org.cn/)中的mRNAseq_693 (batch 1)。把ACS33基因表达信息和临床信息匹配。在所有数据集中，生存信息不完全或缺失的不被纳入研究。TCGA数据集包括TCGA-GBM、TCGA-LGG和TCGA-GBMLGG。在TCGA数据库中，胶质瘤被分为GBM和LGG(包括Ⅱ和Ⅲ级)。TCGA-GBM、TCGA-LGG 和TCGA-GBMLGG分别用于验证ACS33在GBM、LGG和所有胶质瘤中能否作为预后标志物。从Cancer GSEA在线网站分析了ACSS3在胶质瘤和GBM中潜在的生物学功能(http:∥biocc.hrbmu.edu.cn/CancerSEA/home.jsp)[10]。

结 果

1.ACSS3在GBM中高表达：笔者从TCGA数据集中分析了GBM和正常脑组织中ACSS3的基因表达水平，与正常脑组织比较，ACSS3在GBM中的mRNA水平显著增加，同样的结果在Rembrandt数据集中得到证实(图1A，P<0.01)。另外，ACSS3在GBM组中的表达水平明显高于LGG组(图1B，P=0.000)。ACSS3在IDH野生型和1p19q没有共缺失的分组中表现出了较高的表达水平(图1中C、D，P=0.000)，而IDH野生型和发生1p19q缺失的胶质瘤与更差的预后相关。

图1 ACSS3在GBM中高表达A.TCGA和Rembrandt数据集分析显示，ACSS3在GBM中表达水平高于正常脑组织；B.TCGA 和CGGA的数据分析表明ACSS3在GBM中的表达水平高于LGG；C.TCGA和CGGA数据分析显示ACSS3在IDH野生型胶质瘤中表现出更高的表达水平；D.TCGA和CGGA数据分析表明ACSS3在1p19q缺失的胶质瘤中表达水平较低

2.ACSS3高表达与较差的胶质瘤预后相关：利用TCGA数据进行生存分析的结果表明，在GBM(图2B，P=0.038)和LGG(图2A，P=0.001)中，ACSS高表达组显示出了更短的生存时间。同时，ACSS3也可以作为所有胶质瘤患者预后的标志物(图2C，P=0.000)。为了进一步证实该结果，笔者利用Rembrandt和Gravendell数据集进行了生存分析，同样证实了ACSS3是胶质瘤的预后标志物(图2中D～I)。

图2 ACSS3在TCGA、Rembrandt和Gravendeel数据集中的生存分析A、D、G.利用TCGA、Rembrandt和Gravendeel数据集验证了ACSS3在LGG中与不良预后相关；B、E、H.利用TCGA、Rembrandt和Gravendeel数据集验证了ACSS3在GBM中与更短的生存时间相关；C、F、I.利用TCGA、Rembrandt和Gravendeel数据集证明了ACSS3是胶质瘤的独立预后因子

3.ACSS3参与了多种生物学进程: Cancer GSEA 在线网站的探究表明，ACSS3在胶质瘤中主要参与了EMT(相关系数为0.242，P=0.000)、新陈代谢(相关系数为0.176，P=0.005)和细胞分化(相关系数为0.165，P=0.009)等。在GBM中主要参与了缺氧(相关系数为-0.150，P=0.000)、细胞侵袭(相关系数为-0.180，P=0.000)和血管生成(相关系数为0.148，P=0.007)等生物学进程(图3、表1)。

图3 ACSS3参与了多种生物学进程红色代表正相关，蓝色代表负相关，圆圈越大，代表相关系数越大

表1 ACSS3在胶质瘤和GBM中参与的生物学进程

讨 论

胶质瘤是中枢神经系统最常见的恶性肿瘤，约占原发性中枢神经系统肿瘤的50%，外科手术、化疗和放疗是治疗神经胶质瘤的最常见形式[11]。尽管先前的组织病理学分类方法对临床诊断和治疗提供了很大的帮助，但同时也存在一定的局限性。2016年5月世界卫生组织发布了最新版本的胶质瘤分类标准，提供了比单纯基于组织病理学分类更精确的分类方法。它引入了分子标记，如IDH1/2突变状态和1p/19q共缺失，这些都是世界公认的高预测价值的分子标记。胶质瘤的分子水平研究取得了很大的进步，对临床诊断的个体化治疗提供了新的策略。笔者研究证明了ACSS3是一个有趣的预后标志物。

本研究发现，ACSS3在GBM中的表达水平明显高于正常脑组织和LGG。另外还发现ACSS3在IDH野生型胶质瘤中的表达水平显著高于IDH突变型胶质瘤，IDH野生型胶质瘤已被多项研究证明拥有更差的预后。同时，本研究还发现，1p19q缺失的胶质瘤的ACSS3表达水平明显低于未发生缺失的胶质瘤。1p19q共缺失的胶质瘤往往预示着更好的预后以及对烷基化化疗的不良反应增加，这些结果与笔者的研究结果一致[12]。因此，进一步确定ACSS3不仅可以作为GBM的预后标记，还能作为LGG的预后标志物，高表达的ACSS3预示着更短的生存时间。

本研究还发现ACSS3在胶质瘤中参与了EMT的生物学进程，EMT是一个动态的可逆性表型转化过程，它能使极化的上皮细胞获得间充质特征，从而增强细胞的迁移和侵袭的能力。EMT将良性肿瘤转化为侵袭性、转移性肿瘤，在调节肿瘤的进展和转移中发挥了关键作用[13，14]。恶性胶质瘤容易复发的一个重要原因是肿瘤细胞会入侵周围正常的脑组织，为了获得这种侵袭能力，胶质瘤细胞通常会经历几个生物学变化，包括获得移动性、降解细胞外基质(extracellular matrix, ECM)的能力[15]。

胶质瘤的肿瘤发生显著提高了胶质瘤内微血管的密度，而血管生成对于胶质瘤的生长、迁移和侵袭至关重要。同时血管生成被认为是肿瘤恶性进展的一个关键事件，异常的血管增生也被认为是GBM不良预后的主要原因之一[16，17]。ACSS3在GBM中与血管生成密切相关,这表明ACSS3可能参与了胶质瘤的发生和发展，是导致GBM不良预后的一个关键点之一。GBM细胞不受控制的快速增殖导致血管远端高度缺氧区域形成，癌细胞对这种低的氧气分压起反应，并通过刺激新血管形成为肿瘤细胞提供所需的氧气和营养，从而确保肿瘤的存活和增殖。然而，这种致密的肿瘤血管网络反过来又有助于形成缺氧区域，造成恶性循环。此外，缺氧环境限制了放疗和化疗药物的有效性，对患者的预后产生负面影响，并且可能是导致肿瘤复发的机制之一[18，19]。ACSS3和缺氧存在显著的相关性，这和其与血管生成又相互联系起来。

综上所述，本研究证实ACSS3是一个敏感的预后标志物，尤其对GBM的早期诊断和预测预后具有重要意义。同时，ACSS3参与了众多的生物学过程，在肿瘤的发生、发展、预后等方面发挥着重要而复杂的作用，可能成为胶质瘤治疗的新靶点。尽管本研究利用了多个数据库，对数以千计的样本进行研究，结果较为准确。但是本研究只是局限于对大量胶质瘤样本的初步分析得出的结论，缺少利用自己的样本去进一步验证。同时，对于ACSS3在胶质瘤发生、发展中潜在的生物学功能也缺少在细胞水平和动物体内的验证。今后笔者将在条件允许的情况下利用体内和体外实验对ACSS3在胶质瘤发生、发展方面的分子机制进行研究。