胃癌有高发病率、高死亡率的特点。开发、证实更多肿瘤标志物,研发更为便捷、经济的肿瘤标志物探针,对提升胃癌诊断率、评估患者预后,开发药物靶点有积极的意义。
CD166是癌干细胞表面标志物之一,与包括胃癌在内的多种肿瘤的发生发展相关
[1-3],主要高表达于消化系统中的结直肠癌、胰腺癌
[4-6]。除了在癌组织局部高表达之外,CD166的胞外段可脱落至细胞质及微循环中,因此CD166具有局部组织与血清学的双重肿瘤标记物价值
[7-9],但其作为胃癌分子标志物及预后指标的证据尚有待被证实。CD6蛋白是CD166的天然配体,研究发现二者在体内具有高度的亲和力及特异性,并具有理想的结合动力学特征
[10]。CD6蛋白的清道夫受体富含半胱氨酸-3(scavenger receptor cysteine-rich-3, SRCR-3)结构域是其结合CD166蛋白的关键位点,目前该区域的氨基酸序列已有研究证实
[11]。在该序列基础上设计多肽探针,依据氨基酸序列命名为ACP探针,可模拟体内CD6与CD166的胞外段的配体-受体结合。
本研究拟检测CD166在胃癌患者局部癌组织及血清中的表达水平,以及在胃癌预后评估中的价值,为其作为胃癌标志物的应用奠定基础。同时拟检验在局部组织及外周血清两个水平ACP探针对胃癌的诊断能力以及监测、预后评估的意义,为肿瘤标志物的检测提供更多准确、经济的工具策略。
1 材料与方法
1.1 基于CD6蛋白序列的CD166探针构建
重组CD6胞外段的CD166结合域(即SRCR-3结构域)由上海强耀生物科技公司构建。同时构建了不具备CD166结合能力的CD6的SRCR-2结构域作为对照组。CD6蛋白的SRCR-3结构域位于近膜段,包含97个氨基酸,CD6的SRCR-3与SRCR-2结构域的氨基酸序列见
表1。所有的重组蛋白均使用His标签并纯化至90%纯度,随后进行生物素标记,分别命名为ACP(对应SRCR-3)和CON(对应SRCR-2)。
1.2 临床标本资料收集与纳入标准
本研究共纳入西安交通大学第一附属医院确诊为原发性胃癌患者41例,其中1例因有其他恶性肿瘤病史被排除,最终纳入患者40例,将入组病例归为胃癌组。收集患者的一般信息及临床病理资料,包括性别、发病年龄、病史、肿瘤分期等。纳入标准为:①首次确诊胃癌,前期未经化疗、放疗或其他肿瘤相关生物免疫治疗;②组织病理学诊断、肿瘤分期明确;③患者或其委托人知情同意。排除标准:①有肿瘤相关放化疗、免疫治疗史;②合并有严重脏器疾病,包括心、肺、肝、肾等重要脏器功能不全者;③不能配合治疗、随访者。另纳入20例因慢性胃炎入院患者作为阴性对照,归为胃炎组。胃癌分期依据美国癌症联合委员会(AJCC)胃癌TNM分期系统(第9版)。采集患者的静脉血样,4 ℃、1 000g离心10 min分离血清,-80 ℃保存。所有纳入患者均被告知研究内容并签署知情同意书。本研究获得西安交通大学第一附属医院医学伦理委员会的伦理批准(NO.XJTU1AF2021LSK-208)。
1.3 采用ELISA检测血清中CD166含量以及ACP探针与血清的结合水平
使用ELISA法检测胃癌以及胃炎患者外周循环血清中CD166表达量,同时采用ACP探针,基于其与CD166的亲和作用对血清样本进行定量检测。在利用ACP检测血清样本时,使用无CD166结合能力的SRCR-2(CON)作为对照,设3个实验组:①ACP+胃癌组,使用ACP探针检测胃癌患者血清;②ACP+胃炎组,使用ACP探针检测胃炎患者血清;③CON+胃癌组,使用CON探针检测胃癌患者血清。
先将兔抗CD166单克隆抗体以1 μg/孔的量包被于酶标板上,用3%胎牛血清封闭。为绘制标准曲线,将CD166纯化蛋白分别稀释至0,31.25,62.5,125,250,500,1 000 ng/mL,分别加入不同孔内孵育1 h。后用1︰1 000稀释小鼠抗CD166单克隆抗体常温孵育1 h,后再用HRP标记相应二抗孵育1 h。为测定血清中CD166含量及ACP探针对血清检测情况,每孔加入100 μL血清样本孵育1 h,TBST洗涤。对于探针检测,用10 μmol/L生物素标记ACP或用生物素标记CON孵育1 h,再用1︰5 000稀释HRP标记链霉亲和素常温孵育1 h。对于CD166检测,用1︰1 000稀释小鼠抗CD166单克隆抗体常温孵育1 h,用相应HRP标记二抗孵育1 h。所有酶标板用TMB试剂盒显色,酶标仪检测吸光度(A450)。以A450表示ACP探针与血清结合的检测值。
1.4 采用免疫组化法检测组织中的CD166表达水平及ACP探针的结合情况
组织芯片购于上海芯超生物有限公司,芯片纳入90例胃癌患者癌组织以及相应癌旁非肿瘤组织。纳入患者均为首次接受胃癌相关治疗。术后随访时间为84~88月。将组织芯片分别用二甲苯和梯度酒精脱蜡至水。切片于微波炉中加热抗原修复,用3%过氧化氢处理以降低内源性过氧化物酶活性。切片用5%胎牛血清封闭。一组切片使用10 μmol/L ACP在37 ℃孵育30 min,另一组切片用1︰100稀释的小鼠抗CD166单克隆抗体同样在37 ℃孵育30 min,加1︰200稀释的生物素标记兔抗小鼠IgG孵育30 min。所有芯片经洗涤后,与1︰1 000稀释的HRP标记链霉亲和素进行反应。经二氨基联苯胺(DAB)显色,切片用苏木精染核,中性树胶封片。采用免疫组化法评分系统对染色强度进行定量评估。具体分数通过染色强度(1分,弱;2分,中等;3分,强)与阳性细胞百分比(0分,0%;1分,0%~10%;2分,10%~50%;3分,50%~80%;4分,80%)进行乘积计算得出。对于每个病例随机选取5个视野,计算其得分均值。
1.5 统计学分析
使用SPSS 19.0(Windows版)进行统计学分析。经检验数据符合正态分布,采用均数±标准差(X±S)表示。为比较不同组间样本均值差异,使用独立样本t检验进行两组间均值比较,使用单因素方差分析进行三组及以上组间均值比较。采用Pearson相关分析检测组间的线性相关性。使用受试者工作特征曲线(ROC)评估指标的灵敏性及特异性。生存分析采用Kaplan-Meier法绘制生存曲线,使用单因素Cox回归模型进行变量筛选,将其中P0.05的变量纳入多因素Cox比例风险回归模型,以筛选独立预后因素。本研究检验水准α=0.05,P0.05表示差异有统计学意义。
2 结果
2.1 血清CD166表达和ACP探针检测与临床病理特征的相关性分析
本研究共纳入40例胃癌患者以及20例慢性胃炎患者。胃癌患者中,男性32例,女性8例;年龄范围为31~83岁,平均年龄(62.45±12.07)岁,中位年龄63.5岁;按照TNM分期,Ⅰ期10例、Ⅱ期11例、Ⅲ期12例、Ⅳ期7例。
使用ELISA法检测胃癌以及胃炎患者血清中CD166表达量,同时对血清样本进行ACP探针定量检测。结果显示,胃癌组CD166的表达量显著高于胃炎组(
t=2.891,
P0.05,见
图1A)。ACP+胃癌组ACP探针结合的平均OD值与ACP+胃炎组比较显著升高(
t=3.159,
P0.05),与CON+胃癌组比较也显著升高(
t=5.192,
P0.05,见
图1B)。通过线性回归检测发现,胃癌患者血清内的CD166表达与ACP探针的检测值存在线性正相关关系(
r=0.732,
P0.05,见
图1C)。为进一步评估ACP探针对胃癌患者血清的检测能力,使用受试者工作特征曲线分析,结果显示曲线下面积为0.688(见
图1D),以约登指数(灵敏度+特异度-1)最大化为准则确定最佳截断值,当OD值取0.465时,灵敏度为0.487,特异度为0.905。
血清中CD166表达以及ACP探针检测值与患者临床病理特征的关系见
表2。结果显示,CD166表达量及ACP探针检测值均与局部肿瘤深度(T分期)、淋巴结转移(N分期)、远处转移(M分期)以及TNM分期相关(
P0.05)。在浸润更深、淋巴结转移更多以及发生远处转移的患者中,CD166表达量以及ACP探针检测值也会相应升高。但是对于其他特征包括年龄、性别、病理分级,未发现组间差异存在统计学意义(
P0.05)。
2.2 组织中CD166表达及ACP探针检测值与临床病理特征及预后的关系
研究所用组织芯片包含90例胃癌组织及手术切除癌旁非肿瘤组织。纳入患者包含有70名男性及20名女性,年龄范围34~83岁,平均年龄(65.71±10.47)岁,中位年龄66.5岁。按TNM分期,Ⅰ期12例、Ⅱ期25例、Ⅲ期41例、Ⅳ期12例。90例患者中,83例接受了84~88个月的随访,失访患者7例,中位生存时间约35个月。
CD166的表达及ACP的着色均位于胃癌细胞膜及胞质内,胃癌组织中CD166的组化评分相较癌旁组织显著升高(
t=4.630,
P0.05),ACP组化评分相较癌旁组织亦明显升高(
t=5.113,
P0.05)。在CD166表达及ACP检测值间可以观察到线性正相关关系(
r=0.460,
P0.05,见
图2)。
CD166在胃癌组织中的表达程度在不同肿瘤浸润深度、淋巴结转移、远处转移及TNM分期组间差异存在统计学意义(
P0.05)。上述组间差异在ACP探针的检测中同样存在。随着T分期、N分期、M分期及TNM总分期的进展,CD166表达水平与ACP探针检测值均呈升高趋势(
P0.05,见
表3)。而在不同年龄、性别及组织学分级之间,CD166表达及ACP探针检测值的差异均无统计学意义(
P0.05,见
表3)。采用ROC曲线评估ACP探针对胃癌组织的检测能力,结果显示曲线下面积为0.672;当检测评分为2.5时,约登指数最大,对应的灵敏度为0.478,特异度为0.867(见
图3)。
本研究涉及病例接受了总时间最长为88个月的术后随访。90例患者中,有7例失访,随访结束时存活患者20例,占随访患者的24.1%。为研究CD166及ACP探针检测与患者生存情况的关系,使用了Kaplan-Meier法绘制生存曲线。以受试者工作特征曲线(ROC曲线)分析得到的组化评分最佳临界值(CD166为2.9,ACP为2.5)作为阴性与阳性的分界值。经Log-rank法检验组间生存差异,结果显示:CD166阳性组与ACP阳性组患者的生存期均较相应阴性组显著缩短(
P0.05)。CD166阴性组的中位生存时间为59.5个月,阳性组仅为28个月;ACP阴性组的中位生存时间为52个月,阳性组为24.5个月(见
图3)。
为明确CD166表达、ACP检测值及临床病理特征与胃癌死亡风险的关联,确定胃癌预后的独立危险因素,使用Cox回归分析(见
表4)。首先通过单因素Cox回归对候选变量进行筛选,结果显示:CD166表达评分、ACP探针检测评分、肿瘤原发灶深度、淋巴结转移、远处转移均与患者死亡风险显著相关(
P0.05),而患者的性别、年龄、组织学分级与患者死亡风险相关不显著(
P0.05,见
表4)。将上述单因素分析中与死亡风险相关显著的变量纳入多因素Cox风险回归模型,结果显示,肿瘤原发灶深度、淋巴结转移、远处转移及ACP探针检测评分均为胃癌患者生存的独立危险因素(
P0.05,见
表4)。
3 讨论
根据2022年的全球癌症统计报告,在全球范围内胃癌的发病率及死亡率在所有癌症中均位列第五位
[12]。一项研究预测,如果目前的发病率和死亡率保持不变,到2040年胃癌的年发病人数将增加到约180万,年死亡人数将增加到约130万
[13]。由于早期胃癌缺乏典型症状,胃癌的临床诊断通常处于疾病的中晚期,严重影响患者的预后情况。目前,针对局部晚期和转移性胃癌通常采取全身化疗及免疫治疗,但患者总体预后情况不佳
[14]。胃癌的诊断主要依赖于组织病理学诊断,需要借助内镜等有创检查,不宜作为大规模筛查手段。临床中常用的胃癌肿瘤标志物,如癌胚抗原、糖类抗原CA19-9及CA72-4等,虽可用于胃癌的辅助诊断,但存在检测灵敏度和特异性不足的问题,在一些非肿瘤性疾病中也可能有假阳性升高表现,因此需要依赖于多个标记物的联合应用来达到肿瘤筛查、疗效监测的目的
[15]。开发更多可用于肿瘤检测、疗效监测及预后评估的胃癌标志物,不仅可以提升胃癌早诊率,增加胃癌筛查方法,还可以为胃癌的分子分型、预后评估提供依据。
癌干细胞(cancer stem cell,CSC)又称肿瘤干细胞,是具有自我复制和多向分化潜能的癌细胞亚群,被认为是主导癌症的起始、进展、复发和转移的重要来源。癌干细胞可表达多种细胞表面标志物,其高表达通常表明患者预后不佳。CD166是癌干细胞表面标志物之一,试验证实,CD166在多种癌症中可作为具有较高球体形成能力和异种移植能力的干细胞标记
[1,2]。胃癌也被认为是癌症干细胞相关疾病
[16]。在胃组织中,CD166阳性的发育不良干细胞(dysplastic stem cell,DSCs),即非癌性干细胞,是维持动态发育不良细胞谱系和驱动发育不良向多种胃癌克隆进化的关键来源
[3]。
CD166也称为活化白细胞黏附分子(activated leukocyte cell adhesion molecule,ALCAM),是一种高度保守的110 kDa多域跨膜Ⅰ型糖蛋白,属于免疫球蛋白超家族
[17]。研究表明,CD166在许多生物活动中发挥重要作用,包括T细胞的活化与增殖、血管生成、造血和轴突束颤
[18]。CD166还与多种癌症密切相关,包括黑色素瘤、前列腺癌和乳腺癌以及多种消化系统肿瘤
[4-6]。在胃癌中,CD166对疾病诊断及预测价值的研究相对较少。一项来自日本的研究发现,CD166可以在胃癌细胞膜及细胞质中被检出,其表达与淋巴管及血管浸润有关,CD166与患者生存状态存在关联
[19]。CD166作为跨膜糖蛋白,具有胞外段、跨膜段、胞内段多个结构域。在一项结直肠癌相关的研究中,研究者将CD166的胞外和胞内结构域分别染色,证实CD166的胞外结构域可以发生脱落,而胞内表位则保持不变,这种脱落与患者预后相关
[7]。在针对食管癌和胰腺癌的两项研究中发现,脱落的CD166的胞外结构域可释放至肿瘤微环境以及血液循环中,导致患者血清中的CD166有所升高
[8,9]。因此,CD166不仅可作为肿瘤局部标记物,也有成为血清肿瘤标志物的潜力。
目前临床中对于肿瘤的标记物检测试剂多使用抗体或者小分子试剂(包含体内代谢相关物质、激素等)。抗体因其优秀的特异性及亲和力被广泛使用,但抗体制备成本及保存条件要求均很高。而且抗体本身具有较大的分子量,在体内使用会存在效价受损、高免疫源性等问题。小分子物质因其安全性,多用于体内检测,但小分子多不具备肿瘤分子特异性,因此影响了检测结果的可靠性。而多肽探针一方面因其特定氨基酸序列具有受体特异性,另一方面因较小的分子量相对结构稳定,制备简单、经济,免疫原性低,因此有独特的临床价值。
CD6是一种Ⅰ型跨膜糖蛋白,属于高度保守的清道夫受体富半胺超家族(scavenger receptor cystei⁃ne-rich superfamily,SRCR-SF),由所有发育中和成熟的T淋巴细胞表达,在T细胞激活和信号传导、细胞黏附、免疫反应调控以及免疫突触形成中起关键作用
[20]。CD166是CD6第一个被明确的配体,结合动力学试验显示:CD6-CD166结合KD值为0.4~1.0 μmol/L,
Koff值0.4~0.63 s
-1[10]。CD166的胞外结构域N端有5个免疫球蛋白超家族结构域,可以结合于CD6胞外段的SRCR-3结构域(长度为97个氨基酸,分子量优于抗体),这种结合可以调控T细胞的活化,也有调控肿瘤细胞的作用
[11]。
本研究基于CD166天然配体CD6的SRCR-3结构域构建了ACP探针,并用于胃癌的诊断检测试剂进行验证。通过ELISA检测证实,胃癌患者血清中CD166的表达量以及ACP的检出OD值高于胃炎患者,也高于对照多肽序列组,证明CD166有作为胃癌血清标记物的潜力。CD166与ACP探针检测OD值间的线性相关证明ACP对胃癌的检测可能是通过与CD166的结合作用。受试者工作曲线也证实了ACP探针在血清中对胃癌具有检测价值。在后续与临床病理资料关系研究中,发现ACP检测值与CD166表达量均与肿瘤原发灶、淋巴结转移、远处转移以及TNM分期相关,证明CD166作为可能的肿瘤标记物、ACP作为可能的肿瘤检测试剂均对胃癌分期情况具有一定的预测能力。
通过对胃癌组织检测证实,胃癌组织中CD166的表达以及ACP的检测组化评分高于癌旁非肿瘤组织,两组间评分也存在线性相关,证实了胃癌组织局部CD166作为胃癌标记物的可能性,也证实了ACP探针可能通过CD166结合于胃癌组织。受试者工作曲线进一步验证了ACP探针的检测能力。与血清学检测结果相似,胃癌组织中ACP检测值与CD166表达量也与肿瘤原发灶、淋巴结转移、远处转移以及TNM分期相关。生存分析进一步证实CD166表达及ACP检测值与胃癌死亡风险的关系。CD166及ACP阳性患者生存期相较阴性组均显著缩短。Cox回归分析显示,肿瘤T分期、N分期、M分期、ACP评分均是胃癌的独立预后因素。但CD166表达评分,在单因素分析中显示具备统计学意义,但在多因素分析中统计学上不再具有显著性。考虑原因可能为ACP探针是基于CD166天然配体CD6构建而成,而CD166虽然是CD6最重要的受体,但CD6还可以结合于CD318、CD44等受体
[18],因此出现了二者在多因素预后分析中不一致的情况。此外,CD166与患者预后的相关不排除是因与肿瘤分期相关所致,因此在多因素分析中相关性减弱。为证实CD166作为胃癌预后相关因子的价值,后续还需要收集更多的样本量进行研究。
本研究验证了CD166在胃癌患者外周血清以及局部组织中的表达特征,证实了其在肿瘤标志物领域的临床转化能力,有望成为胃癌诊断的补充性手段。在临床中,也有助于构建预后评估模型,为胃癌的个体化治疗提供一定依据。与临床中常用的抗体相比,本研究所开发的ACP探针作为临床诊断试剂,具有分子量小、组织穿透性强等优势,而传统抗体因分子量大,往往存在实体肿瘤穿透性差、免疫源性高、药代动力学差等缺陷。而且多肽探针可以使用化学合成手段,制备更为便捷、经济,适用于体内的肿瘤原位成像以及微小转移的显像,也适用于大规模血清学筛查,体现出液体活检的潜力。
本研究尚存在许多局限性及不足之处。在CD166作为胃癌标志物的研究方面,应扩大样本量,纳入更多中心以及更多不同病理类型的胃癌;此外,应针对CD166在胃癌发生发展过程中的分子机制进行进一步探索;也可挖掘CD166与其他胃癌标志物的联合诊断模型,以求进一步证实诊断的特异性、灵敏度,为CD166诊断价值提供更多方法及依据。在探针检测胃癌方面,可以进一步对探针结构进行优化,加入化学修饰或构建纳米颗粒,提高探针的效价以及体内的稳定性;还可以进一步通过高通量筛选及分子对接等方法寻找探针中关键结合序列,进一步优化探针分子量;最后,还可以对探针进行多种标记,开发可应用于多平台的不同探针,实现多模态的胃癌检测。
综上,本研究证实,CD166在胃癌患者外周血及组织标本中的表达高于胃炎患者及癌旁非肿瘤组织;本研究设计的CD166亲和性多肽探针ACP也与胃癌组织及外周血清表现出高选择性结合,可区别肿瘤与非肿瘤性的样本;CD166的表达与ACP探针的检测情况,与肿瘤的原发灶、淋巴结转移、远处转移以及患者总生存时间相关,ACP检测值是胃癌的独立预后因素。因此推测,CD166以及其ACP多肽探针可以为胃癌的筛查、辅助诊断、预后评估提供有潜力的分子靶点以及技术手段。
国家自然科学基金青年项目(81602611)
陕西省重点研发计划项目(2024SF-YBXM130)