張偉健,鄒琸玥,朱永娜,王 敏,馬彩云,武峻捷,石 昕,劉 茜
1蚌埠醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院口腔科,安徽 蚌埠 233040;蚌埠醫(yī)學(xué)院2口腔醫(yī)學(xué)院,3感染與免疫安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,4生命科學(xué)學(xué)院,安徽 蚌埠233030
口腔鱗狀細(xì)胞癌(OSCC)是頭頸部鱗狀細(xì)胞癌(HNSCC)的主要類型[1],而舌鱗狀細(xì)胞癌(TSCC)是口腔鱗狀細(xì)胞癌中最常見(jiàn)的惡性腫瘤。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)該疾病的發(fā)病率增高,并且患者逐漸年輕化[2]。TSCC 可以局部轉(zhuǎn)移鄰近組織結(jié)構(gòu),還可以通過(guò)血液轉(zhuǎn)移至其他器官,嚴(yán)重影響患者的生命質(zhì)量及面部外形。目前,以手術(shù)為主要的綜合治療對(duì)于晚期TSCC患者效果不佳,患者五年存活率仍然較低[3-5]。為了提高患者術(shù)后生存率,以生物標(biāo)志物為靶點(diǎn)的免疫治療逐漸應(yīng)用于臨床。但目前只有極少的生物標(biāo)志物,可提供預(yù)后信息并指導(dǎo)免疫治療[6],因此迫切需要識(shí)別TSCC進(jìn)展和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵分子靶點(diǎn),進(jìn)一步揭示TSCC 的致病機(jī)制,為探尋TSCC 新的診斷標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)具有重要意義。
白細(xì)胞介素34(IL-34)是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的白細(xì)胞介素家族的新成員,是一種由39 000單位組成的二聚體糖蛋白。IL-34 作用于3 種受體即:集落刺激因子受體(CSF-1R)[7]、受體型蛋白酪氨酸磷酸酶(PTPRJ)[8]和Syndecan-1[9]。其由角質(zhì)形成細(xì)胞、神經(jīng)元及成骨細(xì)胞等分泌,廣泛表達(dá)于以脾為主的多種人體器官和組織[10]。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,IL-34在結(jié)腸癌[11]、肺癌[12]等癌癥中高表達(dá),而在乳腺癌[13]、病毒性肝癌[14]等癌癥中低表達(dá),IL-34通過(guò)直接途徑和旁路途徑參與調(diào)控了多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展[15-18]。但是,IL-34在TSCC中的表達(dá)及臨床意義尚不清楚,相關(guān)研究未見(jiàn)報(bào)道。隨著公共數(shù)據(jù)庫(kù)越來(lái)越完善,在癌癥的研究中它可以為癌癥的診斷、治療和預(yù)后提供相關(guān)信息,但本研究無(wú)法在公共數(shù)據(jù)庫(kù)中直接獲得TSCC中與IL-34相關(guān)的基因。
因此,本研究首先通過(guò)ELISA檢測(cè)IL-34在TSCC患者與正常人群之間有無(wú)差異性表達(dá),再通過(guò)IHC和qRT-PCR檢測(cè)IL-34在TSCC組織中的表達(dá)特點(diǎn),分析其表達(dá)水平與患者臨床病理的關(guān)系,再利用綜合生物信息學(xué)分析方法,使用多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比篩選,探索在TSCC中IL-34以及相關(guān)的基因的生物學(xué)功能,從而為TSCC的臨床診斷和靶向治療提供新思路。
根據(jù)納入標(biāo)準(zhǔn)收集2022年1月~2023年5月于蚌埠醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院口腔頜面科接受手術(shù)治療的41例TSCC患者的腫瘤、癌旁組織及空腹?fàn)顟B(tài)下患者靜脈血樣本。手術(shù)室收集切除的TSCC 癌組織及癌旁組織,置于冰上,迅速轉(zhuǎn)移至實(shí)驗(yàn)室內(nèi),在超凈臺(tái)內(nèi)將組織分成兩部分,一部分用福爾馬林固定,石蠟包埋,用于IHC實(shí)驗(yàn)。另一部分分裝在無(wú)菌的組織凍存管中,保存液氮罐中,之后轉(zhuǎn)移至-80 ℃冰箱,待用,用于qRT-PCR實(shí)驗(yàn)。選取同期健康人群36例空腹?fàn)顟B(tài)下靜脈血樣本(對(duì)照組),同時(shí)隨機(jī)從空腹?fàn)顟B(tài)下TSCC患者靜脈血樣本中抽取36例(觀察組),保證在性別、年齡的臨床資料方面,觀察組與對(duì)照組無(wú)明顯差異(P>0.05),所有血液樣本均在取得后進(jìn)行離心,取上層血清至-80 ℃冰箱,用于ELISA 檢測(cè)。納入標(biāo)準(zhǔn):所有患者術(shù)后病理為TSCC;術(shù)前患者未接受化療、放療、生物療法等;所有患者有完整的臨床資料。排除標(biāo)準(zhǔn):合并其他部位惡性腫瘤;合并自身免疫系統(tǒng)疾?。恍g(shù)后合并嚴(yán)重并發(fā)癥。參與本研究患者或其親屬均簽署知情同意書,倫理審查已通過(guò)(倫理批字[2022]第95號(hào))。
取出-80 ℃凍存的血清標(biāo)本,置于冰上融化;觀察組與對(duì)照組分別進(jìn)行ELISA法檢測(cè)。首先在室溫下將人IL-34試劑盒放置30 min,應(yīng)用雙抗體夾心法測(cè)定標(biāo)本中人IL-34水平。用純化的人IL-34抗體包被微孔板,制成固相抗體,往包被單抗的微孔中依次加入IL-34,再與HRP 標(biāo)記的IL-34抗體結(jié)合,形成抗體-抗原-酶標(biāo)抗體復(fù)合物,經(jīng)過(guò)徹底洗滌后加底物TMB 顯色。TMB在HRP 酶的催化下轉(zhuǎn)化成藍(lán)色,并在酸的作用下轉(zhuǎn)化成最終的黃色。顏色的深淺和標(biāo)本中的IL-34呈正相關(guān)。用酶標(biāo)儀在450 nm 波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度(A值),通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算標(biāo)本中人IL-34濃度,所有操作均根據(jù)說(shuō)明書進(jìn)行。
將符合要求的石蠟包塊切成4 μm厚切片。對(duì)照蘇木精-伊紅染色,分析病理結(jié)果是否為TSCC(病理結(jié)果的判讀由兩名高年資病理科醫(yī)生共同完成,兩名醫(yī)生結(jié)果一致病理診斷成立)。選取TSCC組織及癌旁組織的標(biāo)本,切片脫蠟,復(fù)水,抗原修復(fù),滴加一抗,采用2%牛血清稀釋的抗體1∶100稀釋,避光孵育4 ℃過(guò)夜。用磷酸鹽緩沖液(PBS)沖洗3次,采用2%牛血清稀釋的二抗,37 ℃避光孵育1 h,用PBS 沖洗3 次,DAB 顯色15 min后復(fù)染沖洗,常規(guī)脫水、透明、封片。脫水后封片,將細(xì)胞置于顯微鏡下觀察,IL-34 主要存在于細(xì)胞漿,陽(yáng)性著色為胞漿內(nèi)可見(jiàn)黃褐色顆粒。選擇200倍視野,拍照保存。
拍照保存后,用ImageJ軟件對(duì)TSCC組織標(biāo)本進(jìn)行半定量積分法。計(jì)數(shù)判定方法如下:(1)半定量陽(yáng)性結(jié)果無(wú)著色0分、淺黃色計(jì)1分、棕黃色計(jì)2分、棕褐色計(jì)3分;(2)陽(yáng)性比例按視野內(nèi)陽(yáng)性細(xì)胞所占總細(xì)胞數(shù)的比例計(jì)分,無(wú)計(jì)分為0分、≤25%計(jì)1分、26%~50%計(jì)2分、51%~75%計(jì)3分、>75%計(jì)4分;(3)將每張片子于200倍的視野下隨機(jī)選取5個(gè)組織視野,對(duì)所有視野進(jìn)行計(jì)分,將上述兩種計(jì)分結(jié)果相乘,本實(shí)驗(yàn)中將≤2分定為低表達(dá)組,>2分定為高表達(dá)組[19]。
將凍存的組織取出后,采用Trizol法提取RNA,用逆轉(zhuǎn)錄試劑盒按說(shuō)明合成cDNA,再行QPCR 檢測(cè)TSCC組織和癌旁組織中IL-34的mRNA表達(dá)水平。逆轉(zhuǎn)錄PCR 所使用的的引物由上海生工公司Primer Premier 5.0 軟件設(shè)計(jì)、合成,以管家基因β-actin 為內(nèi)參。所用引物序列見(jiàn)表1。PCR擴(kuò)增后,使用實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀自動(dòng)分析結(jié)果,閾值和基線根據(jù)陰性對(duì)照進(jìn)行調(diào)整,以確定各個(gè)標(biāo)本的Ct值,并根據(jù)熔解曲線確定該Ct值是否有效。將結(jié)果導(dǎo)出,采用2-△△CT法分析目的基因在癌組織和癌旁組織之間的表達(dá)差異。
表1 PCR引物序列Tab.1 PCR primer sequences
通過(guò)String 數(shù)據(jù)庫(kù)(https://string-db.org/)[20]檢索出前20 個(gè)與IL-34 基因相互作用的關(guān)鍵蛋白,構(gòu)建PPI 網(wǎng)絡(luò),對(duì)于物種類型的選擇設(shè)定為“Homo sapiens”,置信度選擇“Medium 0.4”,相互作用最大數(shù)選擇20。
本研究通過(guò)STRING 數(shù)據(jù)庫(kù)(https://string-db.org/)獲得IL-34 相關(guān)基因集,因無(wú)法直接利用LinkedOmics 數(shù)據(jù)庫(kù)(http:/linkedomics.org/)[21]獲 得TSCC 中與IL-34 相關(guān)基因,所以我們先通過(guò)LinkedOmics數(shù)據(jù)庫(kù)中LinkFinder分析模板探究頭頸部鱗狀細(xì)胞癌(HNSCC)中與IL-34相關(guān)的基因,以錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)率(FDR)<0.05 為相關(guān)基因的篩選標(biāo)準(zhǔn)[22]將結(jié)果以火山圖、熱圖呈現(xiàn)。再使用GEO 數(shù)據(jù)庫(kù)獲得GSE149008 數(shù)據(jù)集的舌鱗狀細(xì)胞癌與正常組織的差異表達(dá)基因。進(jìn)行比對(duì)獲得在舌鱗狀細(xì)胞癌中IL-34相關(guān)差異基因。通過(guò)Webgestalt數(shù)據(jù)庫(kù)(https://www.webgestalt.org/)對(duì)相關(guān)差異基因進(jìn)行基因本體論(GO)功能分析及京都基因與基因組百科全書(KEGG)信號(hào)通路富集分析。設(shè)置步驟如下:(1)上傳相關(guān)基因,物種選擇“Homo sapiens”,我們選擇over-representation analysis(ORA)進(jìn)行基因富集分析;(2)保存并下載富集分析結(jié)果;(3)通過(guò)錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)率(FDR)對(duì)IL-34相關(guān)信號(hào)通路富集途徑進(jìn)行排序,F(xiàn)DR 小于0.05 表示顯著富集。我們采用R v.4.3.0中的ggplot2包,將富集排序前5的結(jié)果進(jìn)行了可視化。
本研究結(jié)果數(shù)據(jù)采用SPASS 26.0軟件分析,對(duì)于計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn),非正態(tài)分布的計(jì)量數(shù)據(jù)采用中位數(shù)和四分位數(shù)間距表示。兩組間比較使用秩和檢驗(yàn),分析IL-34與臨床病理資料的關(guān)系采用卡方檢驗(yàn),F(xiàn)isher確切概率法,以P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
ELISA結(jié)果顯示,TSCC人群的血清IL-34濃度比正常人群顯著性降低(P<0.001,圖1)。
圖1 實(shí)驗(yàn)組(EG)和對(duì)照組(CG)血清濃度Fig.1 Serum levels of IL-34 in patients with tongue squamous cell carcinoma (TSCC) and healthy individuals.***P<0.001.
IHC結(jié)果顯示,在TSCC的癌組織以及癌旁組織中,IL-34 主要存在于細(xì)胞漿(圖2),通過(guò)Imagej軟件對(duì)于IOD 值進(jìn)行分析,分析結(jié)果顯示,與癌旁組織相比,IL-34蛋白表達(dá)在TSCC組織中明顯降低,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001,圖3)。qRT-PCR 結(jié)果顯示,與癌旁組織相比,IL-34在TSCC組織中明顯低表達(dá)(圖4,P<0.001)。
圖2 舌鱗癌及癌旁組織中IL-34表達(dá)的免疫組織化學(xué)染色Fig.2 Immunohistochemical staining for detecting IL-34 expression in TSCC and adjacent tissues.A:Immunohistochemical staining of IL-34 in cancer tissue.B:Immunohistochemical staining of IL-34 in adjacent tissue.E:Relatively high expression of IL-34 in cancer tissue.F:Relatively low expression of IL-34 in cancer tissue.A,B,E,and F(Original magnification:×200)are enlarged in C,D,G,and H(×500),respectively.The scale bar is 100 μm.
圖3 癌組織和癌旁組織平均光密度值Fig.3 Average optical density values of IL-34 in TSCC and adjacent tissues.***P<0.001.
圖4 IL-34 mRNA在癌組織和癌旁組織中的表達(dá)Fig.4 Expression of IL-34 mRNA in TSCC and adjacent tissues.***P<0.001.
在TSCC組織中IL-34的表達(dá)水平和淋巴結(jié)是否轉(zhuǎn)移,TNM分期有關(guān)(P<0.05),而與TSCC患者的年齡、性別、是否吸煙、是否喝酒以及腫瘤大小無(wú)關(guān)(P>0.05,表2)。
表2 41例TSCC患者IL-43的表達(dá)與臨床病理特征的關(guān)系Tab.2 Relationship between IL-43 expression and clinicopathological characteristics in 41 patients with TSCC
將IL-34基因相互作用的交集靶點(diǎn)導(dǎo)入String數(shù)據(jù)庫(kù),得到PPI 網(wǎng)絡(luò),共篩選出前20 個(gè)與IL-34基因相互作用的蛋白,根據(jù)同源分?jǐn)?shù)比較,由大到小前5名依次為分別為巨噬細(xì)胞集落刺激因子受體(M-CSF1-R)、受體型蛋白酪氨酸磷酸酶(PTPRJ)、巨噬細(xì)胞集落刺激因子1(CSF1)、Syndecan-1(SDC1)、腫瘤壞死因子配體超家族成員11(TNFSF11)(圖5)。
圖5 IL-34相互作用蛋白的PPI網(wǎng)絡(luò)Fig.5 Protein-protein interaction network highlighting the top 20 IL-34-interacting proteins.
借助LinkedOmics數(shù)據(jù)庫(kù)獲得了HNSCC中IL-34的相關(guān)基因(圖6A~C)。使用Webgestalt數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)在舌鱗狀細(xì)胞癌中與IL-34相互作用的差異基因分別參與GO 注釋和KEGG通路分析,GO注釋結(jié)果表明,舌鱗狀細(xì)胞癌中,IL-34及相關(guān)差異基因在生物學(xué)過(guò)程(BP)中,主要富集在骨髓細(xì)胞分化,髓樣白細(xì)胞分化,對(duì)外部刺激反應(yīng)的正向調(diào)節(jié),髓樣白細(xì)胞活化,巨噬細(xì)胞分化等;在細(xì)胞組成(CC)中,主要富集在含膠原蛋白的細(xì)胞外基質(zhì),轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)復(fù)合物,血小板α顆粒,常染色質(zhì),蛋白質(zhì)-DNA復(fù)合物等;在分子功能(MF)中,主要富集在細(xì)胞因子結(jié)合,RNA 聚合酶II 特異性DNA 結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合,信號(hào)受體激活劑活性,整合素結(jié)合,細(xì)胞因子受體結(jié)合等(圖6D)。KEGG分析結(jié)果表明,IL-34及相關(guān)差異基因主要參與破骨細(xì)胞分化,癌癥中的蛋白多糖,MAPK信號(hào)通路,PI3K-Akt信號(hào)通路,Ras信號(hào)通路等通路(圖6E)。
圖6 TSCC中IL-34相關(guān)基因分析及其GO功能分析和KEGG信號(hào)通路富集分析Fig.6 Analysis of IL-34-related genes in TSCC and the GO functional analysis and KEGG signaling pathway enrichment analysis.A:Volcanic plot of IL-34-related genes in NHSCC.B: Heat map of the genes positively associated with IL-34 in NHSCC.C: Heat map of genes negatively associated with IL-34 in NHSCC.D:Bar plot of GO functional analysis of IL-34 in TSCC.E: Bubble plot of KEGG pathway enrichment analysis of IL-34-related genes in TSCC.
近年來(lái),TSCC頸部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)日益突出[23],5年的相對(duì)存活率僅為63%。目前,手術(shù)切除仍是主要的治療方式,輔以化療和放療[24]。為了更好地進(jìn)行早期診斷和指導(dǎo)免疫治療,專家學(xué)者們致力于尋找TSCC的腫瘤發(fā)病機(jī)制和潛在生物標(biāo)志物。自發(fā)現(xiàn)以來(lái),IL-34因其參與炎癥性疾病、自身免疫性疾病、腫瘤發(fā)生發(fā)展等而受到研究關(guān)注,在病理狀態(tài)下,機(jī)體IL-34的表達(dá)水平與疾病的發(fā)生、進(jìn)展及嚴(yán)重程度相關(guān)[25,26],IL-34的高表達(dá)影響多種癌癥的發(fā)生發(fā)展已得到證實(shí)[27-30]。腫瘤微環(huán)境的形成和發(fā)展是腫瘤發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移的重要因素,在腫瘤微環(huán)境中,IL-34以不同的方式影響腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的功能[15],并有證據(jù)表明,IL-34和腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞可作為誘導(dǎo)腫瘤免疫微環(huán)境和腫瘤耐藥性之間的連接物[31-33]。本研究通過(guò)探究IL-34在TSCC中的表達(dá)及其臨床意義為TSCC 的早期診斷和治療提供新的依據(jù)。
本研究首次通過(guò)ELISA實(shí)驗(yàn)檢測(cè)出IL-34在TSCC患者中血清濃度低于正常人群(P<0.001),此外通過(guò)IHC和qRT-PCR兩組實(shí)驗(yàn)檢測(cè)出IL-34在TSCC組織中顯著低表達(dá)(P<0.001),其表達(dá)水平和淋巴結(jié)是否轉(zhuǎn)移,TNM分期呈負(fù)相關(guān)(P<0.05),與而與患者的年齡、性別、是否吸煙、是否喝酒以及腫瘤大小無(wú)關(guān)(P>0.05)。這些結(jié)果表明IL-34的表達(dá)水平可能是TSCC一個(gè)重要的預(yù)后指標(biāo)。這兩部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了IL-34在TSCC中起到了反調(diào)控的作用。有研究表明,IL-34阻礙膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的增殖、克隆性和運(yùn)動(dòng)性[8];高IL-34表達(dá)在Luminal型乳腺癌和Her2陽(yáng)性乳腺癌預(yù)后較好[13],在上述惡性腫瘤中,IL-34與PTPRJ受體相結(jié)合起到反調(diào)控作用,研究證明PTPRJ它被認(rèn)為是一種潛在抑癌基因,在多種癌癥中發(fā)現(xiàn)其表達(dá)水平下降[34],這表明IL-34在TSCC中的作用機(jī)制可能和上述癌癥中作用機(jī)制相似,因此通過(guò)生信分析做進(jìn)一步研究。
本研究未能直接利用LinkedOmics 數(shù)據(jù)庫(kù)獲得TSCC中IL-34相關(guān)基因,可能是因?yàn)椴煌瑪?shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存與癌癥有關(guān)的基因不同。所以本研究首次利用String數(shù)據(jù)庫(kù),LinkedOmics數(shù)據(jù)庫(kù)和GEO數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)對(duì)比篩選后獲得在TSCC中IL-34相關(guān)差異基因,提高了所獲取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在TSCC中觀察到豐富的IL-34相關(guān)基因表達(dá)差異,通過(guò)String數(shù)據(jù)庫(kù)分析構(gòu)建出IL-34的蛋白互作網(wǎng)絡(luò)(PPI),對(duì)IL-34相互作用的多種蛋白分析,發(fā)現(xiàn)PTPRJ位列相關(guān)性排名第2位,進(jìn)一步驗(yàn)證了在TSCC中IL-34的作用機(jī)制可能同在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤,Luminal型乳腺癌等惡性腫瘤中作用機(jī)制相似,表明IL-34可能與PTPRJ受體結(jié)合進(jìn)而在TSCC的發(fā)生發(fā)展中起到反調(diào)控作用。本研究中,通過(guò)GO功能與KEGG信號(hào)通路富集分析顯示IL-34及其相關(guān)基因在TSCC中發(fā)揮作用,在TSCC中IL-34及其差異基因通路主要富集于MAPK信號(hào)通路,PI3K-Akt信號(hào)通路及Ras信號(hào)通路等。這證明了這些基因可能通過(guò)MAPK/PI3KAkt/Ras信號(hào)軸調(diào)節(jié)TSCC發(fā)生發(fā)展。本研究采用生信分析方法探究了IL-34在TSCC中的生物學(xué)功能,但由于TSCC的發(fā)生發(fā)展是受多種因素和機(jī)制共同作用的復(fù)雜過(guò)程所影響,僅進(jìn)行了ELISA、IHC以及qRT-PCR實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,缺乏相應(yīng)的細(xì)胞及動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)佐證,因此存在一定的局限性。本課題組期望在接下來(lái)的研究中,進(jìn)一步探究IL-34在TSCC細(xì)胞中的相關(guān)分子機(jī)制,以期更深入地了解IL-34在TSCC發(fā)生和發(fā)展中的作用。
綜上所述,本研究通過(guò)多種檢測(cè)方法首次證實(shí)了IL-34在TSCC中低表達(dá)并與其臨床病理相關(guān),可能成為TSCC新的診斷標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)。
南方醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)2023年12期