高表达SURF4通过抑制紧密连接蛋白表达促进胃癌细胞的恶性生物学行为

王子良 ,  陈孝华 ,  杨晶晶 ,  严晨 ,  张志郅 ,  黄炳轶 ,  赵萌 ,  刘嵩 ,  葛思堂 ,  左芦根 ,  陈德利

南方医科大学学报 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (08) : 1732 -1742.

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南方医科大学学报 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (08) : 1732 -1742. DOI: 10.12122/j.issn.1673-4254.2025.08.17

高表达SURF4通过抑制紧密连接蛋白表达促进胃癌细胞的恶性生物学行为

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High expression of SURF4 promotes migration, invasion and proliferation of gastric cancer cells by inhibiting tight junction proteins

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摘要

目的 研究SURF4在胃癌中的表达情况及远期预后,进一步分析其影响胃癌细胞恶性生物学行为的可能作用途径。 方法 采用公共数据库初步验证SURF4在胃癌中表达高低及与不良预后之间的关系。回顾性分析蚌埠医科大学第一附属医院2016年1月~2019年10月共155例胃癌患者的信息,采用免疫组织化学方法检测癌和癌旁中SURF4表达水平,以SURF4表达量中位数(IOD=2.82)为界分为低表达组和高表达组,并分析与远期预后的关系。通过Cox比例风险模型筛选相关的独立预测因子,K-M生存曲线评估胃癌患者术后5年生存率。通过TISIBD数据库分析SURF4的表达水平与免疫细胞浸润方面的联系。采用GEO数据集筛选SURF4差异基因,利用GO和KEGG分析SURF4在胃癌中可能的分子机制及作用途径。在体外构建胃癌细胞系(HGC-27),并将SURF4分为上调组、下调组和2个对照组,采用CCK8、细胞划痕、Transwell、Western blotting实验证实对胃癌细胞增殖、迁移、侵袭和上皮间质转化(EMT)的影响。 结果 GEPIA数据集及免疫组化结果提示,SURF4在胃癌中表达水平升高(P<0.05)。K-M生存分析显示SURF4过表达组患者术后5年生存期缩短(Log-rank χ2=38.749,P<0.001)。Cox回归分析表明胃癌的预后与肿瘤T3~4期、N2~3期及CEA≥5 μg/L、CA19-9≥37 kU/L密切相关(P<0.05)。TISIBD数据库分析SURF4的表达量与与活化B细胞、NK细胞及CD8+效应记忆T细胞呈现负相关(P<0.05);与CD4+T细胞呈现正相关(P<0.05)。富集分析预测SUFR4可能通过紧密连接途径发生EMT参与胃癌恶性演变。Western blotting结果显示上调SURF4使E-cadherin表达降低,N-cadherin表达升高(P<0.05)。过表达SURF4可以抑制ZO-1和Claudin-1的发生(P<0.05)。CCK8、细胞划痕和Transwell结果显示敲高SURF4可促进HGC-27胃癌细胞的增殖、迁移和侵袭能力(P<0.05)。 结论 SURF4在胃癌组织中呈现高表达并且与患者5年生存期缩短显著相关,可能通过抑制紧密连接蛋白进而参与上皮细胞间质化使肿瘤发生增殖、迁移和侵袭等恶性生物学行为。

Abstract

Objective To study the impact of SURF4 expression level on long-term prognosis of gastric cancer (GC) and biological behaviors of GC cells. Methods SURF4 expression level in GC and its association with long-term patient prognosis were analyzed using publicly available databases and in 155 GC patients with low and high SURF4 expressions detected immunohistochemically. The Cox proportional hazard model and Kaplan-Meier survival curves were used to analyze independent prognostic predictors of GC and the 5-year survival rate of the patients with different SURF4 expression levels. Informatics analyses were conducted to explore the correlation of SURF4 expression level with immune cell infiltration in GC, SURF4-related differential genes and their associated pathways. In cultured GC cell line HGC-27, the effects of SURF4 knockdown and overexpression on proliferation, migration, invasion and epithelial-mesenchymal transition (EMT) were investigated. Results Analysis of GEPIA dataset and immunohistochemical results suggested significant SURF4 overexpression in GC (P<0.05), which was associated with shortened 5-year survival time of the patients (χ2=38.749, P<0.001). The prognosis of GC was closely related to tumor stage T3-4, N2-3, CEA≥5 μg/L and CA19-9≥37 kU/L (P<0.05). SURF4 expression level was negatively correlated with activated B cells, NK cells and CD8+ effector memory T cells (P<0.05) and positively correlated with CD4+ T cells (P<0.05). GO and KEGG enrichment analysis suggested that SUFR4 may participate in GC carcinogenesis by promoting EMT through the tight junction pathway. In HGC-27 cells, SURF4 overexpression significantly decreased E-cadherin expression, increased N-cadherin expression, inhibited ZO-1 and claudin-1 expressions, and promoted cell proliferation, migration and invasion. Conclusion SURF4 is highly expressed in GC, and its overexpression is associated with a shortened 5-year survival of the patients possibly by enhancing tumor cell proliferation, migration and invasion via inhibiting tight junction proteins and promoting EMT.

Graphical abstract

关键词

胃癌 / SURF4 / 预后 / 紧密连接蛋白 / 上皮间质转化

Key words

gastric cancer / SURF4 high expression / prognosis / tight junction protein / epithelial-mesenchymal transition

引用本文

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王子良,陈孝华,杨晶晶,严晨,张志郅,黄炳轶,赵萌,刘嵩,葛思堂,左芦根,陈德利. 高表达SURF4通过抑制紧密连接蛋白表达促进胃癌细胞的恶性生物学行为[J]. 南方医科大学学报, 2025, 45(08): 1732-1742 DOI:10.12122/j.issn.1673-4254.2025.08.17

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胃癌是全球癌症相关死亡的主要原因之一,其发病率和死亡率分别位列全球肿瘤的第5位和第4位1,潜在危害较大23。尽管现代医疗已采用外科手术45联合肿瘤内科的治疗方法6-8,但患者术后5年生存率仍未能显著提高,远期生存质量较差9,其原因之一为胃癌早期发生淋巴道转移1011,临床中大部分患者发现时已经属于中晚期,因此积极研究胃癌的分子生物学机制1213及早期预后的生物学指标至关重要。SURF4该基因位于surfeit基因簇中,该簇由管家基因组成,具有相对稳定性,不会因外部信号和内部环境改变而发生改变14。近些年来发现在恶性肿瘤中表达有所升高。既往研究显示,SURF4在乳腺癌15、卵巢癌16、骨髓瘤17、肺癌18等多种恶性肿瘤中呈现高表达,使肿瘤细胞发生增殖,迁移和侵袭19而影响患者术后5年生存率。SURF4外源性过表达NIH3T3模型证实,在体外培养体系中可诱导细胞异常的生长和转化,裸鼠异种移植实验显示可显著促进裸鼠皮下肿瘤体积增大20,既往研究证实SURF4在恶性肿瘤中过表达与患者不良预后相关,但在胃癌中未见相关文献记载。本研究通过纳入肿瘤基因组学数据库和临床病例样本队列,旨在证实SURF4在胃癌中的表达水平及评估术后5年生存率,同时采用细胞实验验证对增殖、迁移和侵袭等恶性肿瘤生物学习性的影响及可能途径,以其为胃癌早期诊断指标和新的治疗思路。

1 资料和方法

1.1 研究对象

本研究收集蚌埠医科大学第一附属医院2016年1月~2019年10月实施胃癌根治术的患者信息。纳入标准:原发胃恶性肿瘤患者并且无基础疾病,入院之前未接触过放化疗,同时没有发生远处转移。排除标准:临床资料不全,合并其他系统恶性肿瘤,术后3年内因其它原因死亡。最终纳入胃恶性肿瘤病例数155例,通过我院病历系统收集患者性别、年龄、肿瘤直径、肿瘤的临床分期、首次外周血浓度癌胚抗原(CEA)、糖类抗原19-9(CA19-9)和术后病理等基本信息并且对患者术后5年生存情况随访以及死亡原因进行询问;借回我院病理科胃癌患者标本进行制作蜡块切片。本研究项目已通过医院科研伦理审查部门认证(伦理批号:伦科批字[2022]第199号)。

1.2 免疫组化检测SURF4的表达

将胃癌组织标本蜡块制备成4 μm厚度的蜡块切片,将切片脱蜡与水化和抗原修复、H2O2隔离内源性过氧化物酶、血清封闭、然后用特异性高亲和力强一抗(SURF4,1∶200,Proteintech)和带有标志物二抗(HRP标记山羊抗兔/鼠IgG聚合物,1∶1,中杉金桥)孵育、DAB显色、吉尔苏木素复染细胞核结构、封片后并拍照。采用ImageJ软件对积分光密度值(IOD)进行计算。

1.3 生物信息学分析

通过TCGA、GEPIA数据集分析SURF4在人类胃恶性肿瘤癌和癌旁及泛癌中的差异表达。采用Kaplan-Meier Plotter生存分析平台构建预后模型评估SURF4表达量与胃癌患者总生存期(OS)之间的关系。采用UALCAN数据库分析SURF4的表达水平在胃癌的病理分级、临床分期、年龄及正常组织中的高低。TISIBD数据库分析SURF4的表达水平与活化B细胞、CD8+效应记忆T细胞、NK细胞及CD4+T细胞之间的关系。通过GEO数据集获取胃癌相关的差异基因集,使用R语言以SURF4表达量的中位数为界分为高低表达组,并以1.5倍扩大差异基因集进行分析,最终以P<0.05为条件筛选前15差异基因进行KEGG、GO富集分析并呈现可视化结果,以预测SURF4在细胞中的功能调控和参与的生物学过程。

1.4 SURF4表达量和临床病理参数的联系

将本院155例病例以免疫组织化学IOD结果中位数(2.82)为界,分为低表达组(n=77)和高表达组(n=78),分析两组患者性别、年龄、术前CEA水平、术前CA19-9水平、肿瘤直径、癌细胞组织学类型、T分期、N分期与SURF4表达量之间的差异。

1.5 体外实验证实SURF4对胃癌细胞增殖、迁移和侵袭能力的影响和可能途径

1.5.1 慢病毒转染建立SURF4基因高表达和低表达HGC-27细胞系

选取HGC-27胃癌细胞株(国家生物医学实验细胞资源库),将细胞分为SURF4上调组(LV-SURF4)、SURF4下调组(Si-SURF4)和2个空白对照组(Si-Control、LV-Control)4组。采用RPMI 1640培养基(含10%胎牛血清)进行细胞培养,直至细胞密度达到适宜水平(70%~80%),此时分别加入SURF4过表达和特异性干扰载体(SiRNA:GGGACTTGAAGTTTT TGATGAGG),转染12~16 h更换为全营养培养基进行持续扩增。最后在嘌呤霉素(1 μg/mL)选择性培养基中通过压力筛选构建SURF4稳定转染克隆作为后续细胞模型。

1.5.2 Western blotting验证转染结果和EMT及紧密连接蛋白的表达

将转染后稳定表达的HGC-27胃癌细胞株使用RIPA裂解液裂解30 min,并从中提取总蛋白,使用BCA法对目标蛋白进行定量分析,随后将提取的蛋白依次经10% SDS-PAGE凝胶电泳、转膜、封闭,孵育一抗[SURF4(Proteintech)、E-cadherin、N-cadherin(CST)、ZO-1、Claudin-1、GAPDH(Abcam),1∶1000]4 ℃过夜、洗涤、孵育二抗(HRP标记山羊抗兔/鼠IgG聚合物,1∶3000,中杉金桥)、使用PBST再次洗涤,加入ECL发光液进行显影,最后上机拍摄并使用ImageJ软件对目标蛋白表达情况进行分析。

1.5.3 CCK8实验验证SURF4对胃癌细胞的增殖能力

取转染后各组HGC-27细胞制备单细胞悬液,将其加入96孔板(1×103/孔),体积100 μL/孔,设置空白孔,于37 ℃、5% CO2 培养箱中培养,分别于24、48、72、96、120 h,加入10 μL/孔的CCK-8试剂(北京索莱宝科技),再放回培养箱中孵育3 h,最后使用酶标仪检测吸光度A450 nm值。

1.5.4 细胞划痕和Transwell实验验证转染后胃癌细胞迁移和侵袭能力

细胞划痕实验:取转染后各组HGC-27细胞制备单细胞悬液,于培养箱中培养至细胞融合度达90%左右,PBS清洗去除漂浮细胞,使用200 μL无菌枪头尖端垂直于孔板划出直线划痕,再用PBS冲洗细胞碎片,将培养板放回培养,分别于0 h和24 h在显微镜下拍照图像。Transwell侵袭实验:采用精准移液技术将50 μL基质胶(Corning)均匀包被Transwell上室腔内,于37 ℃恒温培养箱培养4 h。使用无血清培养基对各组HGC-27细胞进行悬浮处理,精确量取200 μL滴悬液接种至预处理完的小室系统,在下室内加入600 μL滴悬液含有10% FBS的完全培养基,将培养板置于37 ℃的CO2 培养箱中,培养48 h,取出小室,PBS淋洗,再用棉签擦去微孔膜上层内的细胞,再经多聚甲醛(4%)固定细胞和使用结晶紫染色液(0.2%)进行染色处理,最后PBS清洗小室,使用显微镜观察并拍摄膜上细胞,计算侵袭细胞数量。迁移实验:实验步骤同上,但Transwell小室上层中不加基质胶。

1.6 统计学分析

采用SPSS 27.0软件进行临床数据分析。计数资料以n(%)表示,组间比较采用χ2检验;计量资料以均数±标准差表示,组间比较采用t检验。K-M生存曲线分析术后5年总体生存率;单因素Cox比例风险模型初筛影响因素,将有统计学意义的因素纳入多因素Cox比例风险模型分析影响患者总生存期的预测因子;采用ROC生存曲线预判患者术后5年存活情况。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 SURF4在肿瘤中分布特征

GEPIA数据库结果提示,SURF4在胃癌组织中等其他恶性肿瘤中表达升高(P<0.05,图1A、B)。免疫组化结果显示,SURF4在胃癌组织中的表达量高于正常组织(P<0.05,图1C、D)。UALCAN数据库分析显示,SURF4主要表达于胃癌组织中且在G2~G3、临床病理1~4期的表达量升高(P<0.05,图2)。

2.2 SURF4表达量与各种免疫细胞之间的关系

基于TISIBD数据库分析结果显示,SURF4表达量与活化B细胞、CD8+效应记忆T细胞及NK细胞呈现负相关;而与CD4+T细胞呈现正相关(P<0.05,图3)。

2.3 SURF4的表达量与胃癌进展临床病理参数之间的联系

临床病理参数分析结果显示:SURF4的表达量与CEA≥5 μg/L、CA19-9≥37 kU/L、T3~4、N2~3期相关,且SURF4高表达组中具有上述指标胃癌患者的人数高于对照组(P<0.05,表1)。

2.4 SURF4的表达量对患者术后5年生存率的影响

Kaplan-Meier Plotter数据库结果显示:SURF4过表达组胃癌患者术后OS较对照组缩短(P<0.05,图4A)。K-M生存分析显示:对于高表达SURF4组而言,其术后5年生存率降低(P<0.001,图4B)。

2.5 影响胃癌患者术后生存期的危险因素分析

单因素Cox分析结果显示,SURF4高表达、外周血CA19-9≥37 kU/L、CEA≥5 μg/L、临床T分期(T3~T4)及N分期(N2~N3)可能影响胃癌的进展(P<0.001)。将以上影响因素纳入多因素Cox分析发现,SURF4高表达、外周血CA19-9≥37 kU/L和CEA≥5 μg/L、临床T分期(T3~T4)及N分期(N2~N3)是影响患者总生存期的独立预测因子(P<0.05,表2)。

2.6 SURF4表达量对胃癌患者术后5年总体存活率的预判

ROC曲线结果显示,以SURF4相对表达量2.635为界点,曲线下面积为0.872,判断胃癌根治术后患者存活时间的敏感度为91.3%,特异度为70.7%(P<0.0001,图5)。

2.7 富集分析SURF4促进胃癌细胞进展方式及可能途径

KEGG富集分析结果显示:SURF4可能通过紧密连接途径促进胃恶性肿瘤疾病进程。GO富集分析提示:生物学过程富集在细胞外基质组织、细胞间连接组织等组织结构,细胞定位富集在细胞外基质、细胞的顶端部分等部位,分子功能富集在细胞黏附介质活性、参与异型细胞间黏附的蛋白等条目(图6)。

2.8 SURF4对胃癌细胞HGC-27增殖能力的影响

CCK-8结果显示,过表达SURF4能够明显促进HGC-27胃癌细胞的增殖能力,敲低则相反(P<0.05,图7)。

2.9 SURF4对胃癌细胞HGC-27的迁移、侵袭能力的影响及与EMT之间的关系

细胞划痕和Transwell结果显示,敲高SURF4具有明显促进HGC-27胃癌细胞的迁移和侵袭能力,反之则相反(P<0.05,图8A~F)。Western blotting结果显示,上调SURF4可使E-cadherin蛋白表达减低,N-cadherin蛋白表达升高(P<0.05,图8G~I)。

2.10 SURF4对紧密连接蛋白表达的影响

Western blotting结果显示,过表达SURF4可以抑制紧密连接蛋白ZO-1和Claudin-1的表达;敲低SURF4可以促进紧密连接蛋白的表达(P<0.05,图9)。

3 讨论

胃癌高发病率和高致死率是影响全球人类健康的重要因素之一2122,其发生发展是一个复杂的过程涉及异常细胞的侵袭、增殖、凋亡及转移,由于临床症状不典型大多数患者发现时已经属于中晚期23。SURF4主要编码一种位于内质网和高尔基体的跨膜蛋白具有多种生物学功能,可通过高尔基体调控基质金属蛋白酶(MMPs)的分泌,降解胶原蛋白等ECM成分,为肿瘤细胞侵袭开辟路径。近年研究显示SURF4在多种肿瘤中异常表达且通过激活癌症相关通路促进肿瘤细胞迁移和侵袭,同时作为高尔基体相关蛋白可维持细胞器功能,参与调控肿瘤细胞的代谢。本研究将通过生物信息学进行初步分析,再纳入本院155例患者临床数据信息进一步佐证,最终进行细胞实验予以论证,旨在阐明SURF4在胃癌患者中呈现高表达并影响患者手术后5年生存率,可能通过抑制紧密连接蛋白表达进而参与上皮细胞间质化使肿瘤发生增殖、迁移和侵袭等恶性生物学途径,提示可能成为胃癌治疗新的靶点。

通过GEPIA在线数据库和免疫组化结果显示,相较于癌组织,SURF4在癌旁组织中表达量明显降低,且Kaplan-Meier Plotter数据库结果提示高表达SURF4与患者远期生存密切相关。TISIBD数据库分析SURF4的表达水平与活化B细胞、NK细胞及CD8+效应记忆T细胞呈现负相关;与CD4+T细胞呈现正相关。此外,对本院155例肿瘤患者的临床病理参数信息进行分析,SURF4高表达组中CEA≥5 μg/L、CA19-9≥37 kU/L、T3~4、N2~3期胃癌患者人数较对照组显著升高,提示SURF4可能参与了胃癌的恶性进展。为进一步阐明SURF4的临床作用进行单因素和多因素Cox回归分析发现,高表达SURF4与肿瘤T3~4期、N2~3期及CEA≥5 μg/L、CA199≥37 kU/L密切相关是影响预后危险因素。生存分析显示高表达SURF4胃癌病例术后5年总体生存率降低。ROC曲线分析有效预测了术后5年内的生存状况,具有较高的预测价值。以上结果证实SURF4在胃癌组织中呈现过表达并且与患者五年生存期缩短显著相关,但其具体作用途径及机制需借助其它方法深入研究。

为进一步分析SURF4可能的作用机制,KEGG和GO富集分析结果提示,SURF4可能与紧密连接蛋白有关进而参与EMT进程24。有研究显示,关于EMT的概念于1960年首次被提出,此过程由“上皮到间充质的转化”通常将这种分化过程称为上皮细胞间充质转变。正常情况下上皮细胞排列紧密,运动能力弱,细胞与细胞之间具有特殊的细胞连接并且之间连接紧密,EMT使具有极性的上皮细胞转化为间质样细胞特性的现象,导致细胞间粘附性减弱并获得肿瘤细胞迁移侵袭能力的过程25-27,但SURF4是否参与EMT进程尚未得到证实。慢病毒转染建立SURF4基因高表达和低表达HGC-27细胞系,分为SURF4上调组(LV-SURF4)、SURF4下调组(Si-SURF4)和2个空白对照组(Si-Control、LV-Control)4组。Western blotting技术验证结果发现上调SURF4可使E-cadherin蛋白表达减低,N-cadherin表达升高,高表达SURF4参与了胃癌细胞的EMT进程。进一步采用CCK8、细胞划痕和Transwell实验结果证明,上调SURF4具有明显促进胃癌细胞的增殖、迁移和侵袭能力。通过以上分析可证实高表达SURF4参与了胃癌EMT进程,进而促进肿瘤细胞增殖、迁移和侵袭的发生,但其具体的分子生物学机制有待进一步论证。

紧密连接是由多种蛋白构成的分子复合物,在上皮细胞和内皮细胞间呈连续的带状结构包围,调控小分子物质和肿瘤细胞通过具有屏障功能,如果这一屏障遭到破坏会使小分子物质通过及肿瘤细胞发生迁移和侵袭2829。相关文献报道,细胞之间的弱化和缺失是EMT分子事件的关键环节,此过程中各连接蛋白反复出入各连接结构中30,证明紧密连接蛋白参与了EMT的过程。既往研究结果提示,紧密连接蛋白的降低在恶性肿瘤的迁移和侵袭中发挥着重要的作用。在正常细胞中,ZO-1和Claudin-1形成特化结构,以维持上皮细胞中彼此之间的紧密结合,并抑制细胞侵袭和转移,在胰腺癌中表达水平低,锌的缺乏会导致胰腺上皮屏障渗漏,并且通过破坏细胞连接结构的完整性,促进肿瘤的迁移和增殖31。新近研究证实,肺腺癌和鳞状细胞癌中ZO-1的下调表明其参与调节细胞骨架组织、细胞间连接和EMT。这一过程对于维持上皮细胞层和内皮细胞层的完整性至关重要,一旦被破坏,就会导致肿瘤细胞侵袭和转移,ZO-1水平的高低并不会改变EMT相关蛋白的水平,而是作为EMT进程的上游影响因子对信息进行的传递3233。研究发现,Claudin-1作为肿瘤的促进因素对胃癌细胞侵袭或运动产生影响,使肿瘤产生恶性生物学行为34。既往相关学者证明高表达SURF4促进肿瘤细胞迁移和侵袭的发生但没有明确阐述其具体机制或者仅从单一紧密连接或者EMT方面去验证对肿瘤细胞的影响。本研究中将SURF4、EMT和紧密连接蛋白三者进行结合并且阐明SURF4、EMT和紧密连接蛋白三者之间的关系,如何影响肿瘤细胞增殖、迁移和侵袭的发生,在分子生物学调控方面研究更加深入,以其提供新的参考。最终初步推测SURF4可能通过紧密连接的途径参与了EMT的发生使肿瘤细胞增殖、迁移和侵袭的恶性生物学行为增强。为进一步确认结论的可靠性,将采用Western blotting技术予以验证,结果发现,过表达SURF4可以抑制紧密连接蛋白ZO-1和Claudin-1的发生,相反,敲低SURF4可以促进紧密连接蛋白的表达。以上研究结果表明,SURF4在胃腺癌中过表达并且与患者远期生存降低相关,其可能途径为,过表达SURF4通过抑制紧密连接蛋白进而参与上皮细胞间质化使肿瘤发生增殖、迁移、侵袭等恶性生物学方式。

本研究有以下价值:首先,通过TCGA数据库和临床病例信息首次证实了SURF4在胃癌中过表达并且与胃癌患者术后远期生存降低相关。其次,本研究结果不仅展示了SURF4对胃恶性肿瘤进展可能作用机制和途径,也有望为胃癌的治疗提供新的临床参考,同时也拓展了对SURF4生物学功能的认识。但本研究也存在一定的局限性:由于本研究仅有155例患者结果可能产生偏差,应扩大样本研究对象;本研究仅提供一种影响其恶性肿瘤发生发展的作用途径,相关学者应该更深入探讨SURF4领域的研究将揭示新的机制。

综上所述,SURF4在胃癌中呈现高表达、参与恶性肿瘤的发生发展并且与胃癌患者术后远期生存降低相关,其可能途径为过表达SURF4通过抑制紧密连接蛋白进而参与上皮细胞间质化使肿瘤发生增殖、迁移、侵袭等恶性生物学行为。

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