基于缺氧相关基因的头颈部鳞状细胞癌分子分类及STC2的临床意义

摘要

目的 基于缺氧相关基因（hypoxia-related genes,HRGs）表达谱构建头颈部鳞状细胞癌（head and neck squamous cell carcinoma,HNSCC）分类系统，并探讨缺氧基因斯钙素2(stanniocalcin 2,STC2)的临床病理特征及生物学功能。方法 从癌症基因组图谱（The Cancer Genome Atlas,TCGA）数据库中获取546例HNSCC样本的转录组数据及临床信息，基于200个HRGs的表达谱，采用非负矩阵分解（non-negative matrix factorization,NMF）识别HNSCC亚类，通过比较亚类间的肿瘤突变负荷、功能富集分析、药物敏感性及临床特征，评估各亚类的分子特征及预后差异。采用LASSO-Cox回归筛选预后相关基因并构建预后模型。利用TCGA数据库中口腔鳞状细胞癌（oral squamous cell carcinoma,OSCC）相关数据，分析STC2在OSCC与对照样本中的表达差异，利用qRT-PCR和免疫组化检测OSCC样本中STC2的mRNA和蛋白表达；在CAL-27细胞中敲低STC2，通过qRT-PCR和Western blot验证敲低效率，并通过CCK-8实验和细胞划痕试验评估STC2对细胞增殖和迁移能力的影响。结果 基于HRGs表达谱，HNSCC被分为了3个亚类（C1、C2、C3）。C1亚类缺氧活性中等，预后良好；C2亚类缺氧活性最高，预后差，且对CTLA-4抑制剂敏感（P<0.05）;C3亚类缺氧活性最低，预后中等，STC2属于C3亚类。HNSCC中细胞周期依赖性激酶抑制剂2A(cyclin-dependent kinase inhibitor 2A,CDKN2A)、磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸3-激酶催化亚基α(phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate 3-kinase catalytic subunit alpha,PIK3CA)和肿瘤蛋白p53(tumor protein p53,TP53)突变频率较高，C1亚类的基因组增益和缺失负担显著高于C3亚类（P<0.05），而C2亚类的基因组增益显著高于C3亚类（P<0.05）。C2亚类显著富集于甘氨酸代谢、碱基切除修复等缺氧相关通路（P<0.05），提示其独特的分子特征。C1、C2和C3亚类在性别（男性）（Cramer's V=0.15）、辐射暴露（Cramer's V=0.12）、药物治疗（Cramer's V=0.18）及病理分级（G1/G2）(Cramer's V=0.25)方面均呈显著正相关（P<0.05）。通过LASSO-Cox回归筛选出9个预后相关基因，其中STC2的高表达与HNSCC患者较差的总体生存期（overall survival,OS）呈正相关（P<0.01）。生物信息学分析显示STC2 mRNA在OSCC中的表达高于正常对照组（P<0.05）。qRT-PCR和免疫组化证实，OSCC组织及细胞中STC2的mRNA和蛋白表达均显著上调（P<0.01）。体外实验表明，STC2在CAL-27细胞中的表达被敲低至80%(P<0.001)，与对照组相比，STC2敲低组的增殖率降低（P<0.001），划痕闭合比例降低（P<0.05）。结论 基于HRGs表达谱成功构建了HNSCC分子分型系统，将HNSCC分为3个预后显著差异的亚类，其中C2亚类缺氧活性最高且预后最差。STC2在HNSCC中高表达且提示不良预后，表明其可能作为HNSCC治疗的潜在靶点。

关键词

头颈部鳞状细胞癌 / 口腔鳞状细胞癌 / 缺氧相关基因 / 癌症基因组图谱 / 生物信息学分析 / 斯钙素2 / 预后标记 / 预后模型 / 肿瘤微环境 / 免疫治疗