跨膜丝氨酸蛋白酶2与肺腺癌和肺鳞癌预后的关系

邓剑雄，钟方炎，顾伟国，邱 峰

(南昌大学a.研究生院医学部； b.第一附属医院肿瘤科，南昌 330006)

肺癌是全球发病率和病死率最高的恶性肿瘤[1]，其中80%以上为非小细胞肺癌，主要分为肺腺癌和肺鳞状细胞癌[2]。尽管近年来非小细胞肺癌的诊断和治疗策略在明显的发展和进步，如靶向药和免疫检查点抑制剂的使用，但非小细胞肺癌的生存预后仍不尽人意[3-4]。因此，探索更加有效的生物标志物和新的治疗靶点尤为重要。

跨膜丝氨酸蛋白酶2(TMPRSS2)是一种蛋白质编码基因，其编码的蛋白属于丝氨酸蛋白酶家族蛋白。在前列腺癌细胞中，TMPRSS2基因被雄激素所上调，其激活多种底物，如促肝细胞生长因子、蛋白酶活化受体2和间质蛋白酶等，从而导致前列腺癌细胞的细胞外基质破坏和癌细胞的转移[5-7]。然而TMPRSS2在其他肿瘤中研究甚少，本文采用数据库分析的方法探讨TMPRSS2在肺腺癌和肺鳞状细胞癌中的表达及其对患者预后的影响。

1 资料与方法

1.1 TMPRSS2的筛选

在Oncomine数据库(https://www.oncomine.org/)分析TMPRSS2在多种肿瘤中mRNA的表达水平[8]。筛选条件为P-value：0.01；Gene rank：Top 10%；Fold change：2；Data type：mRNA。在GEPIA(https://cistrome.shinyapps.io/timer/)数据库[9]使用RNA测序数据进一步分析TMPRSS2在肺腺癌和肺鳞状细胞癌中的mRNA表达情况。

1.2 TMPRSS2启动子甲基化水平的评估

UALCAN(http://ualcan.path.uab.edu/index.html)数据库[10]是用于分析癌症组学数据的综合交互式网络资源。UALCAN基于PERL-CGI构建，可用于评估不同基因的甲基化水平。使用UALCAN数据库分析TMPRSS2在肺腺癌和肺鳞状细胞癌中的启动子甲基化水平，探讨其差异表达的原因。

1.3 TMPRSS2表达水平与预后的关系评估

Kaplan-Meier plotter(https://kmplot.com/)数据库[11]包含21种肿瘤的生存数据。使用Kaplan-Meier plotter数据对肺腺癌和肺鳞状细胞癌中TMPRSS2的表达水平与预后的关系进行分析，以P<0.05为差异有统计学意义。明确TMPRSS2在肺癌中的促进或抑制作用。

1.4 TMPRSS2表达与免疫浸润的相关性分析

通过TIMER(https://cistrome.shinyapps.io/timer/)数据库[12]评估在肺腺癌和肺鳞状细胞癌中TMPRSS2表达与免疫细胞浸润水平的相关性，通过多因素Cox比例分析模型进一步分析免疫细胞浸润水平对预后的影响。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 TMPRSS2在人类肿瘤中的转录表达水平

Oncomine数据库分析结果显示，TMPRSS2在膀胱癌、浸润性乳腺癌间质中的mRNA表达水平显著增高，在乳腺癌、结直肠癌、食管癌、胃癌、头颈部癌、肾癌、肝癌、肺癌、淋巴瘤和肉瘤中mRNA表达显著下降(图1A)。另外，基于TCGA数据库中恶性肿瘤的RNA测序数据，进一步研究了TMPRSS2在肺腺癌和肺鳞状细胞癌中的表达水平，结果显示，相比正常组织TMPRSS2在肺腺癌和肺鳞癌的mRNA表达水平显著下降(P<0.05)(图1B)。通过分析以上数据库发现，相比正常组织TMPRSS2总体上在肿瘤中的呈现低表达，在肺腺癌和肺鳞状细胞癌中也是表达下降。

A:TMPRSS2在多种肿瘤中的表达(红色为高表达，蓝色为低表达)；B:TMPRSS2在肺癌中的表达。*P<0.01。LUAD：肺腺癌;LUSC：肺鳞状细胞癌。

2.2 TMPRSS2在肺癌中的启动子甲基化水平降低

UA2CAN数据库分析结果显示，在TMPRSS2表达水平下降的肺腺癌和肺鳞状细胞癌中，相比正常组织的TMPRSS2启动子甲基化水平均显著增高(P<0.05)，见图2。

A：肺腺癌；B：肺鳞状细胞癌。*P<0.001。

2.3 TMPRSS2高表达与预后的关系

肺腺癌中TMPRSS2高表达与较好的生存显著相关(HR=0.49,95%CI0.39～0.63;P=3.9×10-9)，而在肺鳞状细胞癌中TMPRSS2表达水平与预后无显著相关性(HR=1.15,95%CI0.89～1.48;P=0.28)，见图3。

t/月 t/月

2.4 TMPRSS2表达水平与免疫细胞浸润的相关性分析

TMPRSS2的表达与免疫浸润水平的相关性分析显示，在肺腺癌中TMPRSS2的表达与B细胞、CD4+T细胞、巨噬细胞和树突状细胞呈阳性相关(图4A)；在肺鳞状细胞癌中TMPRSS2与B细胞、CD8+T细胞、CD4+T细胞、巨噬细胞、中性粒细胞和树突状细胞均呈阳性相关，并与肿瘤纯度呈负相关(图4B)。

A:肺腺癌;B:肺鳞状细胞癌。

2.5 免疫细胞浸润水平对预后的影响

TMPRSS2的表达水平与肿瘤中部分的免疫细胞浸润存在相关性，因此进一步分析免疫细胞浸润水平对预后的影响。多因素Cox比例分析模型分析结果显示，在肺腺癌中，B细胞高浸润水平和TMPRSS2高表达与较好的预后有关，而CD4+T细胞的高浸润水平与较差的预后有关(图5A)。而肺鳞状细胞癌中相关免疫细胞浸润水平对预后无显著影响(图5B)。

A:肺腺癌;B:肺鳞状细胞癌。

3 讨论

TMPRSS2是一种雄激素反应性丝氨酸蛋白酶，可裂解SARS-CoV-2的刺突蛋白，促进病毒进入和激活[13]。它在肺外的许多组织中表达，并因其在前列腺上皮细胞中的主要表达和在前列腺癌发生中的重要作用而广为人知[6-7]。癌症已被确定为COVID19的危险因素，并且肺癌为最常见类型[14]。然而尚未有TMPRSS2在肺癌中的系统分析，因此本文对TMPRSS2在肺癌中的表达和预后的关系进行了分析。

本研究发现，在肺腺癌和肺鳞状细胞癌中，TMPRSS2的转录水平相比正常肺组织均显著下降(P<0.05)，为探索TMPRSS2表达下降的原因，对其在肺癌中的甲基化水平进行分析发现，TMPRSS2的启动子甲基化水平均呈现显著的增高(P<0.05)。启动子区域的高水平甲基化可使基因的转录过程沉默[15]，因此在肺腺癌和肺鳞状细胞癌中TMPRSS2启动子的甲基化高水平可能导致了其转录表达水平下降。

另外，高表达的TMPRSS2与肺腺癌患者的较好预后相关(HR=0.49,95%CI0.39～0.63;P=3.9×10-9)，TMPRSS2可能在肺腺癌中扮演抑癌基因的角色。进一步对肿瘤免疫细胞浸润情况分析发现，肺腺癌中TMPRSS2的表达水平与B细胞和CD4+T细胞的浸润水平正相关(P<0.05)，并且免疫微环境中的B细胞的浸润水平增高与肺腺癌的较好预后相关，而CD4+T细胞恰好相反。研究表明，肿瘤浸润B细胞可通过分泌肿瘤特异性抗原，促进T细胞的反应从而发挥抗肿瘤效应[16]。而CD4+T细胞的两个亚群，调节性T细胞(Treg)和辅助性T细胞17(Th17)可通过免疫抑制和促炎的机制促进肺癌的进展和转移[17]。肿瘤微环境和肿瘤组织间复杂的相互作用，调节着肿瘤的生长、侵袭和转移的过程[18]。根据本研究结果，TMPRSS2的表达上调可能促进B细胞的肿瘤浸润水平，从而延长肺腺癌患者的生存时间。

总之，TMPRSS2在肺腺癌和肺鳞状细胞癌中的表达均显著下降，TMPRSS2的表达水平可能通过免疫细胞的浸润水平影响肺腺癌患者的预后。本研究仅为生物信息学分析，有必要进行进一步的功能和临床验证。