基于生物信息学手段探讨趋化因子CXC配体9在胃癌组织中表达及临床意义

刘效伊 张春斌 邹佳贺

(1深圳市龙岗区妇幼保健院(汕头大学医学院龙岗妇幼临床学院)中心实验室,广东 深圳 518172;2漳州卫生职业学院医学技术系/转化医学检测应用技术协同创新中心;3深圳市龙岗区妇幼保健院(汕头大学医学院龙岗妇幼临床学院)检验科)

胃癌(GC)是世界范围内最常见的恶性肿瘤之一。根据国际癌症研究机构(IARC)的数据显示,GC是2018年全球第四大最常见的肿瘤〔1〕。由于多数GC患者是在晚期才被确诊,因此GC死亡率也很高,其是第三大最常见的癌症相关死亡原因〔2〕。据统计,仅2015年全球就约有130万例GC新发病例(占所有癌症新发病例的7.4%)和81.9万例死亡病例(占所有癌症死亡病例的9.3%)〔3〕。GC是一种多因素导致的疾病,环境因素和遗传因素在其病因学中具有重要作用。目前,人们已经确定GC的危险因素包括高龄、男性、吸烟、肥胖、亚洲人种和幽门螺杆菌感染〔4,5〕。此外,高盐和烟熏饮食、饮酒、水果和蔬菜摄入过少等饮食习惯也与GC的风险有关〔4,6〕。阳性家族史(有一级亲属患有GC)是GC的另一危险因素,大约10%的GC病例表现出家族聚集性,且1%～3%的GC患者存在种系突变〔7〕。目前认为,家族史可能是由于共享环境导致的风险因素,例如幽门螺杆菌可从父母传给子女,或由共同的遗传因素所致〔8〕。

趋化因子是一类小分子分泌性蛋白家族,最初因其具有介导免疫细胞运输和淋巴组织发育而被广泛关注〔9〕。研究发现,趋化因子及其受体也参与和支持肿瘤的发展、转移和扩散〔10〕。在肿瘤微环境(TME)中,趋化因子可由肿瘤细胞和其他非肿瘤细胞如免疫细胞和基质细胞表达〔11〕。在特定的趋化因子作用下,不同的免疫细胞亚群迁移到TME中,并以时空的方式调节肿瘤的免疫反应〔11〕。此外,趋化因子也可以直接靶向肿瘤微环境中的非免疫细胞而参与肿瘤进程,如作用于肿瘤细胞可调节其干细胞样细胞增殖和侵袭性,作用于基质细胞可调节新血管生成、神经发生和纤维形成〔12〕。趋化因子及其受体可通过多种互补的机制来支持肿瘤进程,如吸引肿瘤细胞到转移扩散部位;动员骨髓的髓源性细胞(BMDC)进入血液,然后使其在TME定植,并指导这些BMDC在肿瘤部位的生物学功能;作为生长因子通过自分泌途径支持肿瘤生长等〔13〕。本研究利用生物信息学方法和手段研究CXCL9趋化因子在GC组织中的表达,并比较其在不同临床资料、临床病理特征和组织类型患者中的表达差异,同时研究其在GC中与CXCL10和CXCL11趋化因子表达的相关性。

1 材料与方法

1.1临床样本的获得及定量分析 利用TCGA数据库(https://cancergenome.nih.gov)查找并获得34例正常胃组织和415例GC胃组织的CXCL9 mRNA表达数据,其mRNA表达水平用每百万转录本(TPM)数据进行表示。将获得的临床样本分为正常组和GC组,并将GC组按一般临床资料、临床病理特征和组织类型进一步分组,利用各组TPM数据进行CXCL9 mRNA差异表达分析。

1.2相关性分析 利用TIMER(https://cistrome.shinyapps.io/timer/)数据库对GC中CXCL9与CXCL10、CXCL11的mRNA表达量进行相关性分析。

1.3统计学分析 采用SPSS22.0软件进行t检验、秩和检验、Pearson相关性分析。

2 结 果

2.1GC组织中CXCL9 mRNA表达上调 GC组CXCL9 mRNA表达〔25.257(10.841,62.810)〕显著高于正常组(P<0.01)。

2.2GC组织中CXCL9 mRNA表达与肿瘤患者一般临床资料有关 与正常组比较,男性和女性患者的CXCL9 mRNA表达量均显著升高(P<0.01);41～60岁、61～80岁和81～100岁年龄段患者的CXCL9 mRNA表达量均显著升高(P<0.01),但21～40岁年龄段患者与正常组无显著差异(P>0.05);此外,白种和亚裔患者的CXCL9 mRNA表达量均显著高于正常组(P<0.01),但非裔患者与正常组无显著差异(P>0.05)。见表1。

2.3GC组织中CXCL9 mRNA表达与肿瘤患者临床病理特征有关 GC组分期Ⅱ～Ⅳ期患者的CXCL9 mRNA表达量显著高于正常组和GC组分期Ⅰ期患者(P<0.01),但正常组和GC分期Ⅰ期患者CXCL9 mRNA表达量无显著差异(P>0.05);GC组分级2和3级患者的CXCL9 mRNA表达量显著高于正常组(P<0.01),且分级3级患者显著高于1和2级患者(P<0.01),但正常组和GC组分级1级患者的CXCL9 mRNA表达量无显著差异(P>0.05);此外,淋巴转移N0～N3期患者的CXCL9 mRNA表达量均显著高于正常组(P<0.01)。见表1。

2.4GC组织中CXCL9 mRNA表达与肿瘤患者组织类型有关 GC组所有胃癌组织类型的CXCL9 mRNA表达量均显著高于正常组(P<0.05)。此外,与非特异性腺癌比较,CXCL9 mRNA在印戒细胞腺癌、肠型黏液腺癌和肠型乳头状腺癌中的表达量显著降低(P<0.01);与弥漫性腺癌比较,CXCL9 mRNA在肠型黏液腺癌和肠型乳头状腺癌中的表达量显著降低(P<0.05)。此外,肠型黏液腺癌CXCL9 mRNA显著低于非特异性肠型腺癌(P<0.05),肠型乳头状腺癌CXCL9 mRNA显著高于肠型管状腺癌(P<0.01)。见表1。

2.5GC组织中CXCL9与CXCL10、CXCL11 mRNA表达呈正相关 在GC组织中CXCL9与CXCL10和CXCL11 的mRNA表达量呈正相关(r=0.895、0.826,均P<0.01)。见图1。

图1 GC组织中CXCL9与CXCL10、CXCL11 mRNA表达呈正相关

3 讨 论

CXCL9属于CXC类趋化因子,其生物学作用是通过与其CXC趋化因子受体(CXCR)3相结合而实现的。研究显示,CXCL9主要在CXCR3通路中调节免疫细胞的激活、分化和迁移,并通过招募细胞毒性淋巴细胞(CTL)、自然杀伤(NK)细胞、NKT细胞和巨噬细胞等免疫细胞来发挥免疫应答反应〔14〕。此外,CXCL9也可增强表达有CXCR3的促炎性辅助性T细胞(Th)1的功能〔15〕。

目前学界对有关CXCL9在肿瘤中的作用持有不同的观点。在小鼠实验中发现,CXCL9表达缺陷的肿瘤细胞比表达有CXCL9的肿瘤细胞更具致瘤性,随后进一步发现CXCL9表达缺陷是肿瘤细胞逃避抗肿瘤免疫应答、导致免疫逃逸的一种机制〔16〕。对TME的研究显示,干扰素(IFN)-γ可诱导CXCL9表达上调,并且由肿瘤或宿主细胞产生的CXCL9可招募与肿瘤抑制相关的CXCR3+肿瘤浸润性CD4+T细胞、CD8+T细胞和NK细胞进入TME〔14,17〕。此外,研究还发现,低表达CXCL9可显著损害免疫细胞介导的抗肿瘤免疫应答〔15,18〕。临床研究发现,在肾癌和胰腺导管腺癌等多种恶性肿瘤中,高表达CXCL9与患者总生存期延长密切相关。此外,肾癌中CXCL9表达与肿瘤大小和微血管密度呈负相关,与浸润肿瘤的CD8+T细胞数量呈正相关〔19,20〕。研究发现,缺乏CXCR3的荷瘤小鼠在对抗程序性细胞死亡蛋白(PD)-1的疗效降低,由肿瘤内CD103+树突细胞产生的CXCL9可通过与CD8+T细胞表达的CXCR3相互作用而增强抗PD-1诱导的抗肿瘤应答,表明CXCL9/CXCR3经促进TME内的树突细胞-T细胞相互作用而发挥抗肿瘤效应〔21〕。研究表明,CXCL9在肿瘤中可能具有一定的促进作用。如Razis等〔22〕在对557例早期乳腺癌患者的前瞻性随机试验研究中发现,CXCL9过表达与鲁米那(luminal)A 型患者的预后不良特征密切相关。此外,Tan等〔23〕通过逆转录-定量聚合酶链反应分析显示,前列腺癌临床样本中CXCL9 mRNA的表达与患者的临床病理分期呈正相关。动物研究发现,与对照小鼠相比,CXCL9+小鼠的前列腺癌病理改变和细胞增殖明显增强,外周血和脾脏中的T细胞数量明显减少,其存活率显著降低〔23〕。此外,免疫组化染色显示,CXCL9+小鼠中白细胞介素(IL)-6和转化生长因子(TGF)-β的表达发生显著下调,提示CXCL9可通过抑制T细胞产生相应细胞因子来促进前列腺癌进程〔23〕。本研究表明,CXCL9在GC组织中表达上调,且其高表达与患者不良临床病理特征具有一定的关系。除了CXCL9,CXCR3配体还包括CXCL10和CXCL11〔15〕。研究发现,尽管CXCR3的3个配体的序列同源性较低,但由于三者都可被IFN-γ诱导,因此将它们归为(谷氨酸-亮氨酸-精氨酸)ELR-CXC趋化因子的一个典型亚家族〔24〕。研究认为,CXCL9、CXCL10、CXCL11也可促进肿瘤的增殖和转移,这可能是三者对不同的CXCR3亚型有不同的作用造成的〔25〕。