前列腺癌(prostate cancer,PCa)是男性的第二大常见肿瘤,也是全球肿瘤的第五大死亡原因
[1]。研究表明,不同国家前列腺癌的发病率和死亡率差异很大,这可能与民族、种族背景、经济水平等原因有关
[2]。然而,在世界范围内,晚期前列腺癌的治疗选择都是十分有限的。有研究表明,虽然雄激素剥夺治疗对大多数早期患者是有效的,但几乎所有患者都逐渐进展为去势抵抗性前列腺癌,并且大多数患者在之后的几年内死亡
[3-4]。紫杉醇类药物的应用可提高前列腺癌患者的总生存率
[5],然而,随之而来的耐药也给临床医生带来了新的问题。免疫疗法的出现为前列腺癌的治疗提供了一种新的选择。但免疫检查点阻断治疗在PCa临床治疗中的效果尚不理想
[6]。因此,寻找新的免疫治疗靶点对PCa的治疗非常重要。
甲基硫代腺苷磷酸化酶(methylthioadenosine phospylase,MTAP)基因位于染色体9p21上
[7],是多胺代谢途径中的关键酶,其功能的发挥也对细胞的增殖和生长发育至关重要
[8]。MTAP的主要功能是回收多胺代谢途径中产生的5'-甲基硫代腺苷(5'-methylthioadenosine,MTA),产生三磷酸腺苷和甲硫氨酸
[9]。然而,大量研究表明MTAP在多种肿瘤中存在异常表达(包含过表达,低表达或基因缺失),例如:胰腺腺癌、乳腺癌、非小细胞肺癌等
[10-12]。一项前列腺癌的相关研究指出,靶向MTAP抑制多胺的产生可能是治疗PCa的有效策略
[13]。然而,MTAP在PCa中的研究十分有限,在不同临床阶段的PCa中MTAP的表达水平尚不明确,对免疫细胞的作用也有待探究。
本研究对MTAP在PCa各临床阶段的表达模式进行探究,明确了MTAP在不同临床阶段PCa中的表达水平及其与临床病理指标的相关性。然后,对PCa中,MTAP与免疫细胞的关联进行分析,探究MTAP在免疫调控中的重要作用和临床诊疗中的潜在价值。
1 材料与方法
1.1 材料1.1.1
临床样本 筛选2015年1月至2022年12月就诊于重庆医科大学附属第一医院泌尿外科,经病理科确诊为PCa或良性前列腺增生(benign prostatic hyperplasia,BPH)的患者。获取病理科用于病理诊断的剩余石蜡包埋组织并进行切片。
PCa样本纳入标准如下:①经病理诊断,确诊为PCa或BPH的患者;②首次于本院确诊且术前未接受过任何形式的治疗的患者;③患者临床资料完整。PCa样本排除标准如下:①术前存在任何形式感染的患者;②患者并发其他肿瘤或免疫相关疾病;③患者术前曾接受内分泌治疗、化疗或者其他治疗;④神经内分泌肿瘤的患者
[14]。BPH样本纳入标准如下:①经病理诊断,确诊为BPH的患者;②首次就诊于我院并行手术治疗的患者;③患者临床资料完整。BPH样本排除标准如下:①患者合并其他免疫性疾病;②患者存在任何形式的感染未完全纠正。
经筛选,共纳入68例PCa患者和16例BPH患者,其石蜡切片用于后续实验。本研究经重庆医科大学附属第一医院(中国重庆)机构伦理委员会批(批号:2022-K234)。所有实验符合《赫尔辛基宣言》。在本研究中,每位患者的隐私都得到了很好的保护。
1.1.2 前列腺癌细胞株
PCa细胞株22RV1、LNCaP、DU145和PC3,购自中国科学院细胞库(中国上海),PC3-PR获取自重庆新桥医院泌尿外科
[15]。以上所有细胞均储存于重庆医科大学分子医学与肿瘤研究中心,液氮低温冷冻保存<1年。
1.1.3 试剂
免疫组化试剂盒购自北京中杉金桥生物技术有限公司。DAB试剂购自广州Biosharp生物技术有限公司。苏木素染色液购自上海碧云天生物技术有限公司。培养基F12-K、MEM、RPMI-1640,PBS缓冲液,胎牛血清(fetal bovine serum,FBS)均购自美国Gibco公司。Eastep®总RNA提取试剂盒购自美国Promega公司。PrimeScriptTM RT试剂盒购自日本Takara公司,Chamq Universal SYBR qPCR Master Mix试剂盒购自南京诺唯赞生物科技技术股份有限公司。RT-qPCR中使用引物购自北京擎科生物有限公司。SDS-PAGE凝胶配制试剂盒购自上海碧云天生物技术有限公司。MTAP、CD4、CD56兔抗及对应的羊抗兔二抗均购自英国Abcam公司。
1.2 方法1.2.1
1.2.2 免疫组化
石蜡切片置于烘箱中,60 ℃烘片2 h,将切片浸没在二甲苯中,室温脱蜡,1 h。按照乙醇梯度顺序(100%,95%,80%,70%),立即将切片依次浸没于乙醇溶液中进行水化,每个梯度5 min。应用柠檬酸盐缓冲液(pH=6.0)进行抗原修复。将切片浸没在预先煮沸的柠檬酸盐缓冲液中,加热维持溶液温度在95 ℃以上15 min。自然冷却至室温,PBS溶液室温摇床震荡清洗3次,每次3 min。使用免疫组化试剂盒,根据说明书进行免疫组化实验。一抗在使用前,用PBS缓冲液稀释至1∶200,滴加于切片组织上,4 ℃下孵育过夜。使用DAB试剂免疫染色,苏木素复染,自来水洗涤15 min后封片。显微镜拍照后,采用ImageJ软件(NIH,美国)检测各切片的平均光密度(integrated optical density,IOD)。
1.2.3 细胞培养
22RV1和LNCaP细胞使用含有10%FBS的RPMI-1640培养基培养。PC3和PC3-PR细胞使用含有10%FBS的F-12k培养基培养。DU145细胞系使用含有10%FBS的MEM培养基培养。培养环境为37 ℃,含5% CO2的细胞培养孵箱。所有细胞均待生长至对数生长期再行后续实验。
1.2.4 总RNA提取及RT-qPCR
按照说明书,使用Eastep®总RNA提取试剂盒提取总RNA。取1 μg总RNA使用PrimeScriptTM RT试剂盒(Takara,中国大连)的将提取的RNA逆转录为cDNA保存于-20 ℃。使用Chamq Universal SYBR qPCR Master Mix试剂盒进行RT-qPCR。反应条件为:95 ℃ 3 min,95 ℃,5 s,60 ℃ 30 s,40个循环,95 ℃ 5 s,65 ℃ 5 s,95 ℃ 15 s。以GAPDH作为内参进行对照。引物序列如下:MTAP-forward,5’-TTCCAGAGGTGGTTCTTGCT-3’;MTAP-reverse,5’-CTGACCATTCTGTGGACCCT-3’;GAPDH-forward,5’-GGAGTCCACTGGCGTCTTCA-3’;GAPDH-reverse,5’-GTCATGAGTCCTTCCACGATACC-3’。每个样本做4个复孔。采用2-ΔΔCT法来计算相对mRNA的含量,ΔCT=CT(目的基因)-CT(管家基因GAPDH),ΔΔCT=ΔCT(实验组)-ΔCT(对照组),2-ΔΔCT表示实验组目的基因mRNA的含量相对于对照组所改变的倍数。
1.2.5 Western blot实验
使用RIPA试剂和PMSF试剂的混合溶液(RIPA∶PMSF=100∶1)作为裂解液,冰上摇床震荡裂解6 孔板中的待测细胞30 min,细胞刮收集细胞和裂解液于EP管中,12 000 r/min 4 ℃离心15 min,吸取上清液即提取蛋白。BCA蛋白定量试剂盒测定蛋白浓度。5×蛋白上样缓冲液与蛋白以1∶4比例混合后,100 ℃变性15 min,-20 ℃保存。使用SDS-PAGE凝胶配制试剂盒制胶并进行蛋白上样和电泳(100 V恒压电泳100 min)。将电泳后的蛋白转移到PVDF膜上(冰盒内转膜,210 mA恒流转膜40 min)。使用含5 %脱脂牛奶的TBST缓冲液室温封闭抗体1 h。一抗(1∶1 000 TBST稀释)在4 ℃下孵育过夜。用山羊抗兔IgG二抗(1∶10 000 TBST稀释)室温孵育1 h。使用超敏ECL化学发光液对膜进行处理后进行图像采集。以GAPDH作为内参进行对照。
1.2.6 免疫细胞浸润分析
为了探究MTAP的表达水平与肿瘤微环境中各免疫细胞的相关性,应用R语言(4.0.1版本)的ssGSEA(R/GSVA包,3.6版本),分析前列腺癌在TCGA数据中的免疫浸润情况,探究MTAP在前列腺癌中与24种免疫细胞的相关性。
1.3 统计学方法
统计分析使用软件GraphPad Prism 9.0和SPSS 26.0。泛癌分析采用R语言(4.0.1版本) R包:stats[4.2.1],car[3.1-0])分析,ggplot2[3.3.6]对数据进行可视化。免疫分析分析采用ssGSEA(R/GSVA包,3.6版本),上述生信分析采用Welch t-test检验(双尾)。临床病理特征与MTAP表达水平的相关性使用Spearman’s相关性分析。文中得到的数值以均数±标准差(x±s)。多样本均数比较采用单因素方差分析,其两两比较采用LSD-t法。MTAP表达水平与CD4、CD56的相关性采用Pearson检验进行相关性分析。检验水准α=0.05。
2 结果
2.1 MTAP在多种肿瘤中呈现过表达
从TCGA和GTEx下载数据,分析MTAP在33种肿瘤中的表达水平。结果显示,相比于肿瘤旁组织,MTAP在BRCA(3.82±0.65 vs. 4.34±0.71,
t=6.097,
P=0.000)、CESC(3.38±0.47 vs. 4.67±0.75,
t=6.262,
P=0.000)、CHOL(2.75±0.28 vs. 3.35±1.24,
t=4.279,
P<0.05)、COAD(3.22±0.48 vs. 4.25±0.55,
t=6.227,
P=0.000)、DLBC(1.78±1.56 vs. 2.56±1.16,
t=5.548,
P=0.000)、ESCA(3.54±0.46 vs. 4.38±0.88,
t=6.294,
P=0.000)、GBM(1.89±0.84 vs. 2.75±1.12,
t=6.337,
P=0.000)、HNSC(3.96±0.52 vs. 4.41±1.05,
t=6.010,
P=0.000)、LAML(0.27±0.11 vs. 4.66±0.84,
t=8.948,
P=0.000)、LGG(1.78±0.69 vs. 3.89±0.61,
t=8.525,
P=0.000)、LIHC(2.15±0.42 vs. 2.67±0.69,
t=5.992,
P=0.000)、LUAD(3.41±0.45 vs. 3.86±0.55,
t=5.915,
P=0.000)、LUSC(3.48±0.49 vs. 4.25±0.87,
t=5.533,
P=0.000)、PAAD(2.39±0.47 vs. 3.90±0.97,
t=7.936,
P=0.000)、PRAD(3.55±0.48 vs. 3.89±0.52,
t=5.845,
P<0.01)、READ(3.37±0.47 vs. 4.19±0.58,
t=5.291,
P=0.000)、SKCM(3.54±0.87 vs. 3.95±1.21,
t=6.095,
P=0.000)、STAD(2.39±0.51 vs. 4.05±0.79,
t=7.722,
P=0.000)、TGCT(3.22±0.39 vs. 3.86±0.53,
t=6.264,
P=0.000)、THCA(2.81±0.37 vs. 3.63±0.45,
t=5.922,
P=0.000)、THYM(1.65±1.35 vs. 2.36±0.59,
t=6.340,
P=0.000)(乳腺浸润癌、宫颈鳞癌和腺癌、胆管癌、结肠癌、弥漫性大B细胞淋巴瘤、食管癌、多形成性胶质细胞瘤、头颈鳞状细胞癌、急性髓细胞样白血病、脑低级别胶质瘤、肝细胞肝癌、肺腺癌、肺鳞癌、胰腺癌、前列腺癌、直肠腺癌、皮肤黑色素瘤、胃癌、睾丸癌、甲状腺癌、胸腺癌)中均显示过表达,而在KICH(肾嫌色细胞癌,
P<0.05)中呈现低表达,其余肿瘤差异无统计学意义(
图1A)。HPA数据库中的免疫组化数据显示,相比于肿瘤旁组织,MTAP在COAD(3.42±0.53 vs. 4.46±0.58,
t=5.106,
P=0.000)、PAAD(2.39±0.45 vs. 3.38±0.96,
t=6.917,
P=0.000)、LUAD(3.14±0.32 vs. 3.98±0.64,
t=5.705,
P=0.000)、THCA(3.17±0.49 vs. 3.96±0.58,
t=5.724,
P=0.000)、BRCA(3.82±0.76 vs. 4.32±0.87,
t=5.212,
P=0.000)、PRAD(3.27±0.44 vs. 3.84±0.52,
t=4.717,
P<0.01)(结肠癌、前列腺癌、胰腺癌、甲状腺癌、肺腺癌、乳腺浸润癌)6种腺癌中呈现过表达,与上述分析结果相同(
图1B)。
2.2 PCa中MTAP的表达水平在早期升高后逐渐降低
为了进一步评估MTAP在不同临床阶段前列腺组织中的表达水平,对84例前列腺组织进行了免疫组化实验,其中包括68例PCa和16例BPH样本。实验结果显示:PCa样本中,仅有T
1和T
2期MTAP的平均IOD明显高于BPH患者。随着肿瘤的进展,MTAP的平均IOD逐渐下降至低于正常组织。Spearman’s相关性分析结果显示:MTAP的表达水平与T分期呈负相关(
rs =-0.575 9,
P=0.000,
图2A、C、D,
表1)。此外,根据Gleason评分将样本分为5个等级组,包括Grade 1(Gleason评分≤6),Grade 2(Gleason评分3+4=7),Grade 3(Gleason评分4+3=7),Grade 4(Gleason评分4+4=8,5+3=8,或3+5=8),和Grade 5(Gleason评分≥9)
[16]。Spearman’s相关性分析结果显示:Gleason评分与MTAP表达水平也呈负相关(
rs =-0.284 3,
P=0.02),见
图2B、E,
表1。
随后,利用5种不同转移和耐药程度的PCa细胞系,进一步探究MTAP表达水平与PCa恶性程度的关联。其中包括22RV1(异种移植原发PCa,雄激素敏感)、LNCaP(淋巴转移性PCa,雄激素敏感)、DU145(脑转移性PCa,雄激素抵抗)、PC3(骨转移性PCa,雄激素抵抗)和PC3-PR(骨转移性PCa,雄激素抵抗并紫杉醇耐药),上述细胞转移和耐药性依次升高,恶性程度依次增加
[17]。对这些PCa细胞系进行了RT-qPCR检测:以2
-ΔΔCT法来比较MTAP mRNA水平定量检测结果,以22RV1的mRNA水平为对照(100%),LNCaP、DU145、PC3、PC3-PR组的表达量为22RV1组的(23.66±3.76)%、(16.54±3.13)%、(15.01±5.97)%及(7.3±1.21)%。方差分析5组的MTAP mRNA表达水平差异有统计学意义(
F=28.77;
P=0.000),两两比较结果显示LNCaP、DU145、PC3、PC3-PR组的表达量均低于22RV1组(LNCaP vs.22RV1:
t=4.927;
P=0.000;DU145 vs.22RV1:
t=5.378;
P=0.000;PC3 vs. 22RV1:
t=5.406;
P=0.000;PC3-PR vs.22RV1:
t=5.973;
P=0.000,
图2F)。
Western blot实验结果显示:以蛋白Marker为参照,各组均在31 kD处显示条带,说明各组均有MTAP的表达,GAPDH表达位于36 kD处,以GAPDH为内参,采用Image Lab 6.1软件定量分析各组中MTAP的蛋白表达水平。将22RV1组作为对照(表达量为1),MTAP在LNCaP、DU145,PC3,PC3-PR的相对表达量为0.864±0.117、0.287±0.090、0.143±0.089和0.101±0.077。方差分析5组的MTAP表达水平,差异有统计学意义(
F=60.85,
P<0.001)。两两比较结果显示,相比于22RV1,MTAP在DU145,PC3,PC3-PR中的表达均降低(DU145 vs. 22RV1:
t=9.696,
P=0.000;PC3 vs. 22RV1:
t=11.650,
P=0.000;PC3-PR vs. 22RV1:
t=13.100,
P=0.000,
图2G、H)。该结果表明,低恶性的PCa细胞系中,MTAP表达水平显著高于恶性度较高的PCa细胞系。
2.3 在PCa中,MTAP的表达水平与多种免疫细胞相关
肿瘤的进展通常伴随着免疫细胞的浸润。因此,使用R语言(4.0.1版本)的ssGSEA(R/GSVA包,3.6版本),探究PCa组织细胞中MTAP的表达与PCa中24种免疫细胞浸润数量的相关性。结果显示MTAP与Tcm、辅助性T细胞、Th2细胞、TFH、Tem、巨噬细胞、Th17细胞、T细胞、aDC等多种免疫细胞呈正相关(
图3A)。其中,MTAP与细胞毒性细胞(
r=-0.147,
P=0.001),NK CD56
bright细胞(
r=-0.371,
P<0.001),和NK细胞(
r=-0.158,
P<0.001)呈负相关(
图3B)。
为了验证上述生物信息学分析结论,进行了免疫组化染色实验,以进一步确定PCa组织中MTAP与CD4
+T细胞和NK CD56
bright细胞的相关性。选取了41例PCa组织进行CD4染色;68例PCa样本进行MTAP和CD56染色。结果显示CD4的平均IOD与MTAP呈正相关(
r=0.643,
P<0.001),而CD56与MTAP呈负相关(
r=-0.570,
P<0.001,
图4)。
3 讨论
有研究表明,MTAP在多种肿瘤中均可出现缺失,而这也通常与患者更低的总体生存率相关
[18-21]。然而,在PCa中,MTAP的缺失却是罕见的,但MTAP表达水平的降低通常是预后不良的一个重要标志
[22]。多胺是前列腺液的重要成分。有研究证实,前列腺产生的多胺是其他组织或器官的10倍以上
[23-25]。前列腺上皮细胞可向前列腺腔内分泌大量乙酰化多胺,而MTAP是缓解前列腺代谢负荷的关键酶
[26]。有文献指出,靶向MTAP并能够增强这种代谢依赖性的药物可能是治疗PCa的一种有效选择
[13]。
本研究首先通过TCGA和GTEx公共数据库的大量肿瘤样本数据进行了泛癌分析,结果表明:MTAP在33种肿瘤中,21种出现了过表达现象,仅1种肿瘤呈现低表达(其余肿瘤差异无统计学意义)。然而,这些结果仅描述了MTAP在肿瘤和正常组织之间表达水平的差异,MTAP在PCa不同病理阶段的具体表达水平仍有待进一步明确。所以,选择通过免疫组化实验对MTAP在PCa组织中的表达水平进行探究。结果令人惊奇的是,MTAP仅在早期PCa组织中出现过表达,随着肿瘤的进展,MTAP的表达水平逐渐降低。其表达与T分期、Gleason评分呈明显负相关。随后,通过对临床资料的整理和分析,为这种现象作出了合理的解释:在实际临床工作中,治疗方案的选择对实验结果产生的影响不容忽视。根据《CSCO前列腺癌诊疗指南》,早中期肿瘤的患者多应用手术治疗方案,而在晚期肿瘤及转移癌患者中,保守治疗则较常应用
[27]。这就造成了公共数据库中,晚期肿瘤组织样本数量稀少,其数量占比远低于早中期肿瘤样本。这也导致了样本的总体特征更接近于早、中期肿瘤的特征。公共数据库中的数据多因此,本实验的生物信息学分析中,肿瘤样本MTAP表达水平呈现出高于正常组织的过表达现象。
在本研究的样本中,本研究也发现了这种相似的分布现象。在筛选后随机抽取的68例PCa组织蜡块样本中,T1期患者最少,仅3例,占总数的4.41%。T2患者最多,42例,占总数的61.76%;T3和T4患者分别为14例和9例,占总数的20.58%和13.24%。在实验过程中,根据患者的T分期和Gleason评分对肿瘤组织样本进行了细化分组并分别进行数据处理,才得以发现MTAP在前列腺癌不同临床阶段的表达水平差异。
近年来,肿瘤免疫研究逐渐引起了人们的关注。这些研究有助于了解肿瘤和免疫细胞之间的相互作用,并辅助判断预后
[28-29]。有文献显示,肿瘤中缺乏MTAP可导致底物MTA的积累,从而抑制T细胞的增殖、活化、分化和效应功能
[30]。此外,主要由活化T细胞分泌的IL-12等细胞因子在非特异性免疫中也发挥了重要作用。NK CD56
bright细胞是NK细胞的前体细胞,其细胞毒作用仅在IL-12刺激下才能获得增强
[31],继而成为具有杀伤作用的成熟NK细胞。MTAP的表达水平升高将间接导致机体的特异性免疫和非特异性免疫功能双重障碍,促进肿瘤进展。本研究发现,PCa中MTAP与多种免疫细胞存在关联,这种关联在CD4
+T细胞和NK CD56
bright细胞中尤为明显。这表明PCa中,MTAP对免疫细胞的浸润及其免疫功能的发挥起到了重要作用,是一种潜在的免疫治疗靶点。
本研究中,新鲜的晚期肿瘤组织样本缺乏极大地限制了实验项目的推进。在PCa中,MTAP呈现出这种特殊的表达模式的机制有待进一步探究。免疫调控过程中是否存在免疫细胞间的相互作用仍需体内实验验证。在后续的实验中,MTAP在PCa中的机制相关研究和动物实验将是本研究的重点。