转谷氨酰胺酶家族与肾透明细胞癌的关系研究

胡 彬，高小敏，何春娟，吴利东

(1.南昌大学第二附属医院急诊科，南昌 330006； 2.南昌医学院基础医学院，南昌 330052； 3.贵州盘江煤电集团有限责任公司医院检验科，贵州 盘江 553537)

肾细胞癌(RCC)是起源于肾实质泌尿小管上皮系统的恶性肿瘤，占肾恶性肿瘤的80%～90%，其中肾透明细胞癌(KIRC)是最常见的一种肾癌亚型(占60%～85%)。目前肿瘤靶向治疗已成为研究热点，作为一种免疫原性很强的肿瘤，KIRC患者可以从免疫治疗中获益。然而，肿瘤微环境(TME)中具有免疫抑制作用的细胞亚群和分子可导致KIRC对免疫治疗不敏感[1-3]。因此，研究影响KIRC患者免疫微环境的分子标志物可为其治疗提供更准确的方向。转谷氨酰胺酶,又称谷氨酰胺转胺酶(TG)，是一种可催化转酰基反应从而导致蛋白质(或多肽)之间发生共价交联的酶，转谷氨酰胺酶家族(TGMs)由9个成员组成，这些TGM保持着相似的序列和结构同源性，通过调节翻译后蛋白修饰发挥其功能[4-5]。已有研究[6-12]发现TGM2与肿瘤关系密切，然而TGMs在肾透明细胞癌的表达特征尚不完全清楚，因此本研究拟对TGMs与KIRC的关系进行探讨。

1 资料与方法

通过TCGA数据库(https://portal.gdc.cancer.gov/)和UCSCXena数据库(http://xena.ucsc.edu/)收集18种肿瘤患者的TGMs表达和临床相关信息，采用R语言(https://cran.r-project.org/src/base/R-4/R-4.1.2.tar.gz)进行生物信息学及统计学分析。重点探讨TGMs在KIRC患者中的表达水平差异，以及与生存时间、免疫亚型、临床分期的关系。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 TGMs在18种肿瘤中的表达

为了解TGMs的表达状况，从UCSC Xena数据库下载了18种肿瘤表达谱数据，首先分析TGM1、TGM2、TGM3、TGM4、TGM5、TGM6和TGM7在肿瘤中的表达情况(图1)。结果显示，TGMs在癌组织的表达大部分高于癌旁组织。其中，TGM1—TGM7在KIRC均有差异表达(P<0.01)，TGM1和TGM7为低表达，而TGM2—TGM6为高表达。

A—F依次为TGM1—TGM6在各种肿瘤中的表达。BLCA：膀胱癌；BRCA：乳腺癌；CHOL：胆癌；COAD：结肠癌；ESCA：食管癌；GBM：胶质母细胞瘤；HNSC：头颈鳞状细胞癌；KICH：肾嫌色细胞癌；KIRC：肾透明细胞癌；KIRP：肾乳头状细胞癌；LIHC：肝细胞肝癌；LUAD：肺腺癌；LUSC：肺鳞状细胞癌；PRAD：前列腺癌；READ：直肠腺癌；STAD：胃癌；THCA：甲状腺癌；UCEC：子宫内膜癌。*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001。

G：TGM7在各种肿瘤中的表达。*P<0.05，

2.2 TGMs与KIRC患者生存时间的关系

绘制的TGMs与KIRC患者生存曲线如图2。结果显示，TGM1—TGM6的表达与KIRC患者的生存时间呈负相关，差异有统计学意义(P<0.05)，而TGM7与KIRC患者的生存时间没有相关性。

图2 TGMs与KIRC患者的生存曲线分析(各图下方为目标基因的表达)

2.3 TGMs在KIRC各免疫亚型中的表达

基于免疫亚型的数据，采用R语言绘制箱线图(图3)。结果显示，TGM1—TGM6在KIRC各免疫亚型中均存在表达差异(P<0.05)。其中，TGM2在C1和C6亚型中高度表达，C2、C3和C4中度表达，C5低度表达，提示TGM2可能与KIRC的免疫机制相关。

2.4 TGMs在KIRC不同临床分期中的表达情况

从TCGA数据库中收集KIRC患者共981例，其中Ⅰ期481例、Ⅱ期102例、Ⅲ期237例、Ⅳ期161例。采用R语言绘制箱线图(图4)，结果显示，TGM2—TGM5在KIRC各临床分期中均有表达差异(P<0.05)，其中TGM2的表达量最大。

C1：伤口愈合；C2：干扰素γ显性；C3：炎症；C4：淋巴细胞减少；C5：免疫安静；C6：TGF-β显性。

*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001。图4 TGMs在KIRC不同临床分期中的表达

3 讨论

近年来对KIRC病因及发病机制的深入研究发现，表观遗传学的改变与其致病密切相关，其中DNA甲基化异常、组蛋白修饰及非编码RNA调节可能是KIRC发生发展的重要分子机制[13-15]。RASSF1A、VHL和p16等抑癌基因表达的下调或沉默与肾癌发生紧密联系，特别是正常VHL基因的功能缺失[16]，VHL基因通过介导降解HIF-1间接对各生长因子的转录起到抑制作用，而90% RCC存在VHL失活，这将间接导致血管内皮生长因子(VEGF)、转化生长因子-α(TGF-α)、葡萄糖转运因子-1(GLUT-1)、血小板来源生长因子β(PDGFβ)和促红细胞生成素(EPO)等分泌增加[17]，间接的促进肿瘤的发生、发展和转移[18]。JAK/STAT通路的异常激活在KIRC中起着重要作用[19]，此外，KIRC本质上是一种代谢性疾病，癌细胞的增长需要大量的能量支持，VHL失活后高水平的HIF-α会驱动那些参与糖酵解的酶和代谢物如己糖激酶、甘油三磷酸脱氢酶、磷酸甘油酯激酶、丙酮酸激酶2等上调，促进糖酵解、脂肪酸代谢以及色氨酸、谷氨酰胺和精氨酸的利用，以供给肿瘤生长所需能量，其中谷氨酰胺是循环中最丰富的游离氨基酸，其不仅为肿瘤提供生长所需能量，还参与肿瘤细胞的免疫逃逸和抗氧化反应[20-21]。

本研究结果显示，TGM2—TGM5与KIRC关系紧密，其中TGM2或许占主导性的作用。TGM2在KIRC细胞TGF-β免疫亚型中高表达，可能与KIRC的发生发展有关。TGF-β能够上调TGM2，而TGM2也可以将非活性TGF-β转化为其活性形式，TGF-β是一种多功能细胞因子，在肿瘤发生的早期可作为抑癌基因抑制细胞的增殖和分化，但在肿瘤的进展期则可抑制免疫功能、增加血管的生成、诱导细胞外基质的产生而促进肿瘤的侵袭和转移[22]。TGM2的表达可增强TGF-β/SMADs信号通路传导，造成转录因子核因子-κB(NF-κB)的激活使细胞增殖增强，导致球体的形成和转移[23]；同时TGM2的过表达会激活NF-κB信号传导以增加STAT3和IL-6信号传导，从而增强自噬依赖性细胞存活能力，而且自噬反应对IL-6和TG2信号传导有正反馈影响[24-25]；有研究[26]表明，在发生应激时，细胞自噬防止有毒或致癌的损伤蛋白质和细胞器的累积，抑制细胞癌变；然而肿瘤一旦形成，细胞自噬就能为癌细胞提供更丰富的营养，促进肿瘤生长。

肾细胞癌中，TGM2也被证明可以通过p53的降解促进血管生成，从而导致HIF1α活化和VEGF的产生增加[27]。此外，TGM2通过涉及改变半胱天冬酶-3和Bax活性的机制抑制细胞凋亡，强调了TGM2介导的复杂系统对细胞环境的重要性，事实上，TGM2细胞亚定位和同种型似乎都是决定其如何介导细胞命运的关键因素，而TGM2本身是半胱天冬酶-3的靶标[28-30]。

综上所述，TGMs在KIRC患者中均有差异表达，其中表达量最大的为TGM2，作为一种潜在的免疫调节因子，或许可成为KIRC诊疗中有一定价值的生物标记物。