肝细胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)占肝癌病例的90%以上,是全球癌症死亡的第三大原因
[1]。因其早期诊断率较低、恶性程度高和转移速度快,大部分患者确诊时已为中晚期,从而错失手术切除治疗的最佳机会
[2-3]。对于晚期HCC患者,化疗未能显示出很好的生存优势
[4]。因此,寻找新型有效的分子靶标,对HCC早期诊断及改善预后具有重要意义。
肌 醇 多 聚 磷 酸-4-磷 酸 酶 Ⅱ 型(inositol polyphosphate-4-phosphatase,type Ⅱ,
INPP4B)作为一种新抑癌基因,属于磷酸酶家族,可阻滞磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidyqinositol 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,AKT)信号通路的激活,诱导肿瘤细胞的凋亡,从而抑制肿瘤细胞的浸润和转移
[5-6]。
INPP4B基因与急性髓系白血病、黑色素瘤和结直肠癌等多种恶性肿瘤的发生发展有密切关联
[7]。研究
[8]显示:HCC患者肿瘤组织中
INPP4B基因的表达较癌旁组织明显下调,
INPP4B基因过表达可抑制癌细胞的增殖、迁移和侵袭,并提高化疗敏感性。由此可见,
INPP4B作为一种新的广谱抑癌基因在多种恶性肿瘤中异常表达,且在癌细胞迁移和侵袭的抑制方面表现出巨大潜力,提示
INPP4B作为PI3K/AKT信号通路的上游抑癌基因是HCC防治的潜在靶点。
本研究利用癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas,TCGA)数据库中HCC患者的临床数据资料,对INPP4B基因的差异表达水平和预后价值进行评价,并对总生存期(overall survival,OS)的影响进行分析。此外,对INPP4B基因与免疫浸润及肝癌高频突变基因肿瘤蛋白53(tumor protein 53,TP53)基因相关性进行评价和分析,并利用临床样本对分析结果进行验证,阐明HCC的发病机制,为治疗HCC的新药靶点筛选提供新的思路。
1 资料与方法
1.1 数据来源和预处理
自TCGA数据库(网址:
https://portal.gdc.cancer.gov/)收集HCC项目中level 3 HTSeq-FPKM格式的RNAseq数据424例,包含374例HCC组织样本和50例癌旁组织样本的mRNA表达谱及其临床数据。利用软件Strawberry Perl5.30.1将基因表达数据整理成基因表达矩阵用于后续分析,删除临床特征不明确和生存时间缺失的患者数据
[8-9]。
1.2 INPP4B基因表达情况分析
使用R 4.0.2软件对RNA Seq V2数据进行分析,对HCC组织样本和癌旁组织样本中的INPP4B基因mRNA表达量数据进行分析。
1.3 INPP4B基因对HCC患者生存预后的影响
利用R 4.0.2软件的survminer R包对mRNA原始数据进行处理, 并经log
2 转换后用于后续分析。根据X-tile 3.6.1软件确立最佳分组截断值,以靶标基因的中位表达水平为界限,分为INPP4B低表达组和高表达组
[10]。通过Kaplan-Meier法分析2组患者间OS的差异。采用单因素和多因素Cox回归分析HCC预后风险模型与临床病理因素,包括T分期、N分期、M分期、病理分期、肿瘤状况、性别、种族、年龄、体质量、身高和体质量指数(body mass index,BMI)值等及
INPP4B基因表达的关系,计算危险比(hazard ratio,HR),评价
INPP4B基因对HCC患者生存预后的影响。
1.4 INPP4B基因表达与患者临床病理特征的关系分析
通过Med Calc 19.4.0软件制作患者分类特征曲线(receiver operating characteristic,ROC),确定最佳临界点,即最接近ROC曲线左上角一点,使筛检试验的灵敏度和特异度相对最优。ROC曲线下面积(area under curve,AUC)值反映与诊断价值的关系,面积越接近1.0,诊断真实度越高;面积越接近0.5,真实度越低;面积等于0.5,无诊断价值
[11],基于此判断该基因是否具有诊断能力。
利用Linkedomics在线分析系统,选取患者年龄、种族、瘤体大小、淋巴结转移、远处转移和肿瘤分级等作为HCC的临床病理特征指标,根据中位值将INPP4B基因表达分为INPP4B低表达组和高表达组,通过卡方检验,比较INPP4B基因表达水平与临床病理特征之间的关系。
1.5 INPP4B基因与免疫细胞浸润的相关性分析
分析
INPP4B基因与数据集中的所有种类免疫细胞(共24种,由18种T淋巴细胞亚型和6种其他免疫细胞组成)的相关性
[12]。通过HCC基因表达谱定量免疫细胞,过滤掉
P<0.05的样本后,对HCC组和正常组中24种免疫细胞进行差异分析。并对靶标基因与肿瘤组织中的基质、免疫细胞浸润和肿瘤纯度进行非参数检验相关性分析。
1.6 INPP4B基因与TP53基因相关性分析
TP53作为HCC常见的高频突变基因,在肿瘤的发 生 发 展 中 起 重 要 作 用
[13]。利 用 Spearson 对
INPP4B与
TP53基因的相关性进行检验,分析
INPP4B可能的调控作用。
1.7 临床样本来源
收集2022年12月—2023年12月于新疆医科大学第一附属医院进行手术切除治疗的60例HCC患者临床病理资料及其组织石蜡切片,根据临床诊断分为低分化组(HCC-L组)、中分化组(HCC-M组)和高分化组(HCC-H组),每组20例,选取同时期20例取活检并病理诊断为非肿瘤患者的临床药理资料及其肝组织石蜡切片,作为正常组,患者年龄35~73岁,中位年龄56岁。
HCC患者纳入标准:将肿瘤切除部位为肝脏,术后组织学标本病理科病理结果证实为HCC的患者;排除标准:①其他肿瘤切除部位包括肝外胆管、胆囊等;②并发晚期肝病(肝功能衰竭、肝腹水等)和并发其他重要脏器损伤;③凝血功能障碍;④弥散性肝癌。
1.8 主要试剂和仪器
INPP4B抗体(北京博奥森生物技术有限公司),HRP-山羊抗兔IgG聚合物二抗和DAB显色试剂盒(北京中杉金桥生物技术有限公司),过氧化氢(德州欣瑞达消毒制品有限公司),中性树胶(北京索莱宝科技有限公司)。JA5003型电子天平(上海良平仪器仪表有限公司),Sorvall ST16R 型通用台式离心机(美国Thermo Fisher Scientific公司), ELGA PURELAB® Chorus 1型纯水仪[威立雅水处理技术(上海)有限公司],GScan-40全自动数字玻片扫描仪(广州光影细胞科技有限公司)。
1.9 HE染色观察各组研究对象HCC组织和正常肝组织病理形态表现
随机选取各组研究对象HCC组织与正常肝组织,固定于4%多聚甲醛中,石蜡包埋,切为厚度5 μm的薄片后,采用HE染色,于光学显微镜下观察各组研究对象HCC组织和正常肝组织病理形态表现。
1.10 免疫组织化学法染色检测各组研究对象HCC组织和正常肝组织中Ki-67和INPP4B蛋白表达情况
各样本按照文献[
14]方法进行染色及评价。常规石蜡切片、热抗原修复、灭活内源酶活性、封闭,一抗(1∶200)37 ℃孵育2 h,二抗(1∶100)37 ℃孵育1 h,DAB显色、苏木素复染、盐酸乙醇分化、脱水、封片观察。染色结果判断:Ki-67蛋白表达于肿瘤细胞核,阳性细胞呈浅黄色至棕褐色颗粒,染色的切片由本院病理医师采用双盲法读片,选取10个视野,按照染色强度和阳性细胞所占比例作为综合判断标准。染色强度:无着色0分,浅黄色1分,棕黄色2分,棕褐色3分。阳性细胞百分率:阴性0分,阳性细胞百分率<25%计1分,25%≤阳性细胞百分率<50%计2分,50%≤阳性细胞百分率<70%计3分,阳性细胞百分率≥70%计4分;2项指标积分相乘,乘积>3分为阳性。INPP4B蛋白表达于细胞膜和细胞质,阳性细胞率计分方法与Ki-67相同。
1.11 统计学分析
采用SPSS 22.0软件进行统计学分析。计量资料以x±s表示,2组间样本均数比较采用两独立样本t检验;计数资料以百分率表示,两组间样本均数比较采用χ2 检验和Wilcoxon秩和检验。采用Kaplan-Meier法比较INPP4B低表达组和高表达组患者的OS,并将HCC患者的年龄、性别和TNM分期等临床指标进行量化赋值,利用单因素和多因素Cox回归模型分析其对HCC预后的判定价值。以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结 果
2.1 HCC组织中INPP4B mRNA表达水平
与正常组织比较,HCC组织中
INPP4B mRNA表达水平明显升高(
P<0.01)。见
图1。
2.2 靶标基因对HCC患者生存预后的影响
与INPP4B低表达组比较,INPP4B高表达组患者的OS均明显延长(
P<0.05),提示
INPP4B mRNA表达水平可显著影响HCC患者的预后。见
图2。
2.3 INPP4B与HCC患者预后的关系
采用单因素Cox回归分析入组HCC患者的临床病理特征,结果显示:肿瘤分期、病理分期、肿瘤状况和残余肿瘤对HCC患者OS存在影响(
P<0.05)。单因素回归分析结果显示:
INPP4B预后风险模型评分比为[HR=0.781,95%置信区间(confidence interval, CI): 0.552~1.105,
P=0.168]。见
表1。
2.4 INPP4B与HCC患者临床病理特征的关系
INPP4B对HCC患者OS影响的AUC值为0.558,表明
INPP4B基因预后风险模型在生存预测方面具有一定的预测价值。见
图3。
INPP4B mRNA表达水平与TNM分期和Stage分期均无相关关系(
P>0.05)。
INPP4B mRNA表达水平与患者性别、年龄、种族和BMI值均无相关关系(
P>0.05)。见
图4。
2.5 INPP4B与免疫微环境的关系
高表达和低表达
INPP4B的肿瘤组织中,22种免疫细胞数量比较差异存在统计学意义(
P<0.05),自然杀伤细胞(natural killer cell,NK) CD56
+细胞和辅助性T细胞(T helper cell,Th17)细胞数量比较差异无统计学意义(
P>0.05)。
INPP4B mRNA表达水平与除Th17细胞外的23种免疫细胞数量均呈正相关关系(
r>0),其中除NK CD56
+细胞细胞外,差异均具有统计学意义(
P<0.01)。
INPP4B mRNA表达与肿瘤组织中的基质(
r=0.475)、肿瘤组织中的免疫细胞浸润(
r=0.641)和肿瘤纯度(
r=0.599)均具有显著的相关性(
P<0.01)。见
图5。
2.6 基因相关性分析
INPP4B与
TP53的相关性分析结果显示:
INPP4B与
TP53存在相关性(
r=0.287),差异有统计学意义(
P<0.01)。见
图6。
2.7 各组研究对象HCC组织和正常肝组织病理形态表现
正常组研究对象肝组织中可见肝小叶结构清晰、完整,细胞排列整齐,细胞核位于中央,轻微炎性细胞浸润。HCC-L组、HCC-M组和HCC-H组患者HCC组织中可见肝小叶被完全破坏,细胞体积增大,肝细胞脂肪变性明显,有大量的空泡状细胞,炎性细胞大量浸润,部分细胞出现气球样变、小细胞性增生的病变,且HCC分化程度越低,组织破坏程度越严重。见
图7。
2.8 各组研究对象HCC组织和正常肝组织中Ki-67和INPP4B蛋白表达情况
与正常组比较,HCC-L组、HCC-M组和HCC-H组患者HCC组织中Ki-67蛋白表达水平均明显升高(P<0.01),且HCC组的分化程度越低,Ki-67阳性率越高。
正常组、HCC-L组、HCC-M组和HCC-H组研究对象肝组织中均可见INPP4B蛋白不同程度的表达。正常组研究对象肝组织中可观察到细胞中棕褐色颗粒平均分布,INPP4B蛋白呈高表达。与正常组比较,HCC-L组、HCC-M组和HCC-H组患者HCC组织中INPP4B蛋白表达水平均明显降低(
P<0.01),且HCC组织分化程度越低,INPP4B蛋白表达阳性率越低。见图
8和
9。
3 讨 论
目前,HCC的发病机制尚未完全明确,公认的发病机制主要有细胞信号传导通路的失调、原癌基因的激活和抑癌基因的失活、DNA修复调节基因的缺失、DNA甲基化、HCC的微环境等
[15]。近年来,众多研究者认为信号传导通路失调在HCC的发生发展中起着重要作用,主要包括PI3K/AKT通路、Wnt/β连环蛋白(β-catenin)信号通路、丝裂原活化蛋白激酶信号通路、Janus激酶/信号转导与转录激活因子(Janus kinase/signal transducer and activator of tran-ions,JAK/STAT)通路和大鼠肉瘤 (rat sarcoma, RAS) 通路等。其中,PI3K及其下游分子AKT所组成的PI3K/AKT信号通路因其与肿瘤发生发展密切相关,近年来备受瞩目
[16-17]。在众多肿瘤抑癌基因中,起到抑制PI3K/AKT信号通路的关键基因主要有
INPP4B、
p53、第10号染色体上缺失的与张力蛋白同源的磷酸酯酶(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten,
PTEN)等。其中,
INPP4B作为一种新出现的双重作用的癌症调控基因,在HCC防治研究中报道较少。
INPP4B基因低表达与前列腺癌、乳腺癌、胰腺癌、胃癌和卵巢癌等多种恶性肿瘤的发生发展有密切关联
[18]。研究者
[19]对检索文献时间为2000年1月—2023年8月在PubMed数据库和中国国家知识基础设施(China National Knowledge Infrastructure,CNKI)全文数据库检索系统中以“INPP4B”和“tumor”作为关键词进行检索,根据研究目的纳入61篇论文进行分析,结果显示:
INPP4B在胃癌、结肠癌、胰腺癌和肝癌中的表达较低,但在食管癌、结肠癌、胰腺癌和胆囊癌中表达较高。由此可见,
INPP4B作为一个新型抑癌基因,在各种肿瘤中的表达趋势不尽相同。本研究利用TCGA数据库分析HCC患者肿瘤组织中
INPP4B mRNA表达水平及
INPP4B mRNA表达水平对患者OS的影响,结果显示:与正常肝组织比较,HCC组织中
INPP4B mRNA表达水平明显升高,但
INPP4B高表达患者的生存时间却长于低表达的患者。TCGA所提供的转录组测序数据被描述为一种批量的测序意味着其对整个组织或细胞群中的所有细胞进行分析,而非单个细胞
[20]。因此,当在肿瘤组织中通过转录组测序测得的高表达基因时,这些基因可能是免疫细胞内高表达的分子,而不仅是肿瘤细胞内。这种情况下,高表达的基因可能与肿瘤患者的预后无关,甚至可能与免疫反应有关。因此,
INPP4B在HCC患者中的表达需进一步实验对其进行验证。
HCC作为典型的炎症相关肿瘤,免疫逃避是其发生和发展过程的重要特征,因此肿瘤微环境(tumor microenvironment,TME)中免疫抑制程度与HCC患者不良预后密切相关
[21]。TME由癌细胞、复杂的细胞因子环境、细胞外基质、免疫细胞亚群等组成的动态系统,涉及多个免疫细胞,为肝癌的治疗带来挑战
[22]。研究
[23]报道:CD4
+T细胞、CD8
+T细胞、NK细胞、M1型巨噬细胞、树突状细胞具有杀伤肿瘤细胞作用,而Th2细胞、M2型巨噬细胞等可以协助肿瘤细胞免疫逃逸。且
INPP4B已被证实在人HCC中,其可抑制细胞的增殖、侵袭和化疗耐药
[23]。本研究结果显示:HCC组织中
INPP4B的表达与23个免疫细胞的数量均呈正相关关系,
INPP4B与肿瘤组织中的基质、肿瘤组织中的免疫细胞浸润和肿瘤纯度均具有相关性,提示
INPP4B高度参与HCC患者的TME。
肿瘤抑制基因
TP53是人类所有癌症类型中最常见的突变基因之一,其编码的蛋白p53可抑制肿瘤的发展进程,该蛋白激活可调节细胞生长停滞、细胞凋亡和DNA修复等过程
[24]。
TP53基因及其相应的蛋白因突变而失活或部分失能,从而增加罹患癌症的风险,其在肝细胞癌中的突变频率较高。研究
[25]发现:HCC中高频突变基因
TP53作为PI3K/AKT下游重要的转录因子之一,其失活是人类HCC的重要危险因素,在过表达
INPP4B的HCC细胞系中,
TP53的表达增加。本研究通过对
INPP4B基因与
TP53相关性进行分析,结果显示二者之间具有相关性。
本研究结果显示:HCC患者肿瘤组织中Ki-67蛋白表达较正常肝组织明显升高。正常情况下,Ki-67蛋白表达阳性率越高,其肿瘤分期越晚,恶性程度越高,患者肿瘤组织分化、转移、被膜浸润等方面会往肿瘤恶性趋势发展
[26]。由此可见,本研究中纳入的HCC组织样本符合其分化程度诊断。本研究结果显示:HCC患者中INPP4B蛋白表达随着分化程度增加而明显升高,正常组的表达最高。HCC患者的肿瘤样本中INPP4B蛋白表达水平低于癌旁组织和正常肝组织,提示其异常表达在HCC的发生发展中起重要作用
[15,27]。
综上所述,INPP4B基因表达显著影响HCC患者预后,且其表达水平与免疫细胞浸润和TP53基因表达水平有关。INPP4B作为一种新的抑癌基因,可能成为治疗HCC新药筛选的潜在靶标。
新疆维吾尔自治区人力资源和社会保障厅2024年度“天山英才”医药卫生高层次人才培养计划项目(TSYC202401B014)