基于GEO数据库筛选非肌层浸润性膀胱癌吉西他滨耐药的免疫相关标志物.pdf

作者单位:2 3 6 0 0 0 阜阳,阜阳市人民医院泌尿外科 通信作者:李明,E-m a i l:l i m i n g g g 2 0 2 41 6 3.c o m短篇论著基于G E O数据库筛选非肌层浸润性膀胱癌吉西他滨耐药的免疫相关标志物谢文亮 李明d o i:1 0.3 8 7 0/j.i s s n.1 6 7 4-4 6 2 4.2 0 2 4.0 1.0 0 9 膀胱癌是全球第十大常见癌症,2 0 2 0年全球1 8 5个国家约有5 7 3 2 7 8个新发病例和2 1 2 5 3 6个死亡病例1。非肌层浸润性膀胱癌(n o n m u s c l e-i n v a s i v e b l a d d e r c a n c e r,NM I B C)是膀胱癌的主要类型之一,占原发性膀胱癌的7 0%。经尿道膀胱肿瘤切除术是目前治疗NM I B C的主要方法。然而,以往的研究表明,经尿道膀胱肿瘤切除术后NM I B C患者的5年复发率为3 1%7 8%2。吉西他滨是NM I B C患者术后的一线化疗药物,研究表明,NM I B C患者行经尿道膀胱肿瘤切除术后即刻行膀胱内灌注吉西他滨药物化疗,可以降低5年复发 率3 5%3。然 而,长 期 的 膀 胱 内 灌 注 化 疗 会 导 致NM I B C患者对吉西他滨逐渐产生耐药性,进而导致肿瘤复发。因此,探索导致NM I B C患者对吉西他滨产生耐药性的分子标志物具有重要意义。本研究使用生物信息学分析的方法筛选出导致NM I B C患者对吉西他滨产生耐药性的免疫相关核心基因,旨在提高对吉西他滨耐药的NM I B C患者的精准治疗水平。对象与方法一、数据收集从高通量基因表达(g e n e e x p r e s s i o n o m n i b u s,G E O)数据库(h t t p s:/ww w.n c b i.n l m.n i h.g o v/g e o)中获 得 微 阵 列数据集G S E 7 7 8 8 3,该数 据 集包 括3个 对吉 西他 滨耐 药 的T 2 4细胞系样本和3个非吉西他滨耐药的T 2 4细胞系样本。利 用 免 疫 学 数 据 库 和 分 析 门 户 网 站(h t t p s:/w ww.i mm p o r t.o r g/h o m e)和免 疫互 作和 信 号 反 应 数 据 库(h t t p:/w ww.i n n a t e d b.c o m)获得免疫基因。二、数据分析1.差异表达基因的筛选:利用G E O 2 R工具获取两组样本间的差异表达基因(d i f f e r e n t l y e x p r e s s e d g e n e s,D E G s)。以l o g F C2和P0.0 5作为筛选条件,筛选出两组样本间差异表达的上调基因;以l o g F C2和P0.0 5作为筛选条件,筛选出两组样本间差异表达的下调基因。2.蛋白质互作网络的构建:利用蛋白-蛋白相互作用数据库(h t t p s:/c n.s t r i n g-d b.o r g/)构建D E G s的蛋白质互作网络。用C y t o s c a p e软件对蛋白质互作网络中各个节点的连接度进一步分析,以连接度大于1 0作为核心基因的筛选标准。通过核心基因与免疫基因的交集获取免疫相关核心基因。3.功能注释和富集分析:在注释、可视化和综合发现数据库(T h e d a t a b a s e f o r a n n o t a t i o n,v i s u a l i z a t i o n a n d i n t e g r a t-e d d i s c o v e r y,D AV I D)(h t t p s:/d a v i d.n c i f c r f.g o v/)中使用基因本体论(G e n e O n t o l o g y,GO)分析对基因进行功能注释,内容包括生物过程、细胞成分以及分子功能。使用京都基因与基因组百科全书(k y o t o e n c y c l o p e d i a o f g e n e s a n d g e-n o m e s,K E G G)分析进行基因功能的富集分析。4.生存分析:在基因表 达谱 数据 动 态分 析网 站(G e n e E x p r e s s i o n P r o f i l i n g I n t e r a c t i v e A n a l y s i s,G E P I A)(h t t p:/g e p i a.c a n c e r-p k u.c n/)上对免疫相关核心基因进行生存分析。以P0.0 5和9 5%C I作为筛选标准。5.免疫浸润分析:在肿瘤免疫评估资源(T u m o r I mm u n e E s t i m a t i o n R e s o u r c e,T I ME R)数 据 库(h t t p:/t i m e r.c i s-t r o m e.o r g/)中对NM I B C的免疫浸润进行系统分析,评估六种类型的免疫细胞浸润与免疫相关核心基因之间的关联性。三、免疫相关核心基因表达水平的验证阿拉巴马大学伯明翰分校癌症数据分析门户网站(T h e U n i v e r s i t y o f A L a b a m a a t B i r m i n g h a m C a n c e r D a t a A n a l y s i s P o r t a l,UA L C AN)(h t t p:/u a l c a n.p a t h.u a b.e d u/i n d e x.h t-m l)包含癌症基因组图谱的转录组测序数据,用于验证核心基因的mR NA表达。使用该数据库对免疫相关核心基因的表达水平进行验证。结 果根据G E O 2 R的分析结果,一共得到9 1 7个D E G s,包括3 7 5个上调基因和5 4 2个下调基因,然后通过S T R I N G数据库和C y t o s c a p e软件对D E G s的蛋白质互作网络中各个节点的连接度进行分析,得到8 5个核心基因。再将免疫基因和核心基因相交集,最终筛选出2 4个免疫相关核心基因,其中包括1 0个 上 调 基 因:I L 6、T N F、I C AM 1、C X C R、C S F 2、BMP 2、S YK、WN T 5 A、R E L B和F G F 1;1 4个 下 调 基 因:C D C 4 2、T L R 4、C C L 2、C C R 7、I T G B 2、T L R 3、F 2 R、S 1 P R 1、P D G F A、I L-3 3、T N F S F 1 0、F A B P 4、AN G P T L 4和C X C L 5。通过G O分析表明,免疫相关核心基因主要富集在白细胞介素-6产生的正向调节(生物过程)、质膜的整体成分(细胞成分)和肿瘤坏死因子受体结合(分子功能)。K E G G富集分析结果显示,免疫相关核心基因在细胞因子-细胞因子受体相互作用通路中明显富集。通过G E P I A网站对2 4个免疫相关核心基因进行生存分析,分析结果表明S 1 P R 1、I L 3 3和F G F 1与NM I B C总体生存密切相关。94现代泌尿生殖肿瘤杂志2 0 2 4年2月第1 6卷第1期 J C o n t e m p U r o l R e p r o d O n c o l,F e b r u a r y 2 0 2 4,V o l 1 6,N o.1基于T I ME R数据库,本研究分析了3个与生存最为相关的免疫相关核心基因和免疫细胞浸润之间的关系。结果显示,1-磷酸鞘氨醇型受体(s p h i n g o s i n e-1-p h o s p h a t e t y p e r e c e p t o r,S 1 P R 1)的表达与不同的浸润性免疫细胞类型呈正相关,包括C D 4+T细胞(r=0.1 0 1,P=0.0 5 4)、中性粒细胞(r=0.2 0 4,P0.0 0 1)和树突状细胞(r=0.0 5 0,P0.0 0 1),C D 8+T细胞(r=0.1 3 5,P=0.0 0 9),B细胞(r=0.1 2 3,P=0.0 1 9),与巨噬细胞(r=0.3 4 0,P0.0 0 1)强烈相关;白介素3 3(i n t e r l e u k i n-3 3,I L-3 3)的表达与C D 8+T细胞(r=0.1 0 9,P=0.0 3 8)、C D 4+T细 胞(r=0.1 1 4,P=0.0 2 9)、树突状细胞(r=0.0 2 5,P=0.6 2 8)、巨噬细胞(r=0.1 2 0,P=0.0 2 2)呈正相关,与中性粒细胞(r=0.2 1 0,P0.0 0 1)强烈相关;成纤维细胞生长因子1(f i b r o b l a s t g r o w t h f a c t o r 1,F G F 1)的 表 达 与C D 8+T细 胞(r=0.2 3 7,P0.0 0 1)、C D 4+T细胞(r=0.1 9 4,P0.0 0 1)、树突状细胞(r=0.2 1 3,P0.0 0 1)、中性粒细胞(r=0.2 6 4,P0.0 0 1)呈正相关,与巨噬细胞(r=0.3 6 8,P0.0 0 1)强烈相关。使用UA L C AN数据库分析验证免疫相关核心基因的表达水平,其中包含了1 9个正常样本和2 2个NM I B C样本。分析结果显示,NM I B C组织中F G F 1、S 1 P R 1和I L-3 3的mR NA表达水平均显著高于正常样本(P0.0 5)。讨 论吉西他滨是一种脱氧胞苷核苷类似物,其主要作用是通过抑制D NA的合成来抑制肿瘤细胞的增殖。NM I B C患者行经尿道膀胱肿瘤切除术后即刻行膀胱内灌注吉西他滨可降低肿瘤复发率,但其缺点是肿瘤细胞易对吉西他滨产生耐药性。目前大多数NM I B C患者因发生化疗药物耐药而导致病情进展甚至死亡,对于耐药的分子机制仍不清楚。本研究通过生物信息学分析的方法探索NM I B C患者对吉西他滨产生耐药性的机制,筛选NM I B C患者对吉西他滨产生耐药性的免疫相关核心基因。根据综合性分析结果,本研究共获得了2 4个与免疫相关的核心基因。G O和K E G G富集分析表明,这些基因主要富集在白细胞介素-6产生的正向调节、质膜的整体成分、肿瘤坏死因子受体结合和细胞因子-细胞因子受体相互作用通路等方面。生存分析结果表明,其中的3个免疫相关核心基因:S 1 P R 1、I L-3 3和F G F 1均与NM I B C的生存预后密切相关,它们可能在吉西他滨耐药的NM I B C进展中发挥了作用。在查阅文献时笔者了解到S o n g等4对吉西他滨耐药的膀胱癌进行了生物信息学分析,但他们的研究主要针对M I B C患者。本研究从NM I B C患者的角度出发,通过生物信息学分析确定NM I B C患者对吉西他滨产生耐药的免疫标志物。S 1 P R 1是一种鞘氨醇-1-磷酸的细胞表面受体,其通过刺激肿瘤细胞的血管生成、扩张、生长和转移来促进肿瘤的发生5。S 1 P R 1是体内免疫细胞功能的重要调节因子,并在肿瘤相关巨噬细胞中发挥关键作用6。鞘氨醇-1-磷酸与巨噬细胞上的S 1 P R 1偶联促进血管生成巨噬细胞表型,这是许多实体肿瘤中肿瘤浸润性免疫细胞的主要成分7。G o等8研究发现,S 1 P R 1的过表达与NM I B C中较差的临床病理学特征、P 5 3表达以及S T A T 3激活有关。L a n k a d a s a r i等9研究表明,在吉西他滨耐药的胰腺癌细胞中检测到S 1 P R 1表达增加。抑制S 1 P R 1/S T A T 3信号通路,能够提高胰腺癌细胞对吉 西 他 滨 的 敏 感 性。然 而,需 要 进 一 步 的 研 究 证 实S 1 P R 1在吉西他滨耐药的NM I B C中是否有同样的作用。化疗药物耐药和肿瘤术后复发被认为是癌症患者死亡的主要原因。已有研究表明,I L-3 3的表达可诱导肿瘤细胞对化疗药物产生耐药性。研究人员发现,与对照组相比,肿瘤细胞中I L-3 3基因的敲除显著降低了肿瘤细胞对化疗药物的耐药性。其可能的机制是I L-3 3表达诱导肿瘤细胞向多倍体巨细胞转化,导致P 5 3失活、细胞周期异常和细胞分裂缺失所致1 0。这提示I L-3 3可能通过诱导肿瘤细胞转化来诱导NM I B C患者对吉西他滨的耐药性。F G F 1及 其 受 体 在 许 多 肿 瘤 中 都 存 在 过 表 达,基 于F G F 1在组织再生和炎症过程中的重要作用,人们对F G F 1信号在恶性肿瘤中的 作用 进 行了 广泛 的研 究1 1。K o s t a s等1 2研究发现,F G F 1通过阻止细胞凋亡来促进肿瘤细胞增殖,其可能的机制是F G F 1通过细胞膜转移到胞浆和细胞核,激活 下 游 的 信 号 通 路。M a n o u s a k i d i等1 3研 究 发 现,F G F 1 过表达诱导卵巢癌细胞对化疗药物的产生耐药性,其具体的机制是过表达的F G F 1通过降低线粒体中P 5 3的表达水平发挥抗肿瘤细胞凋亡作用。这提示F G F 1可能通过降低线粒体中P 5 3的表达水平来诱导NM I B C细胞对吉西他滨的耐药性。P 5 3突变是膀胱癌中研究最广泛的基因之一,已被报道与肿瘤进展和化疗敏感性有关1 4-1 5。P 5 3位于染色体1 7 p 1 3.1上,主要参与细胞增殖和凋亡的调控。有研究表明,P 5 3免疫阴性的T1期膀胱癌患者的术后复发率为7%,而P 5 3免疫阳性的T1期膀胱癌患者的术后复发率为6 2%1 6-1 7。本研究发现,免疫相关的核心基因S 1 P R 1、I L-3 3和F G F 1均与P 5 3在NM I B C中的作用密切相关。综上所述,本研究推测S 1 P R 1、I L-3 3和F G F 1可能是导致NM I B C患者对吉西他滨产生耐药性的免疫相关核心基因,并发现它们与P 5 3的作用密切相关。S 1 P R 1、I L-3 3和F G F 1可被视为未来治疗对吉西他滨耐药的NM I B C的潜在靶点。然而,S 1 P R 1、I L-3 3和F G F 1导致NM I B C患者对吉西他滨产生耐药性的相关机制仍需进一步的分子生物学实验来研究和证实。参 考 文 献1 S u n g H,F e r l a y J,S i e g e l R L,e t a l.G l o b a l C a n c e r S t a t i s t i c s 2 0 2 0:G L O B O C AN E s t i m a t e s o f I n c i d e n c e a n d M o r t a l i t y W o r l d w i d e f o r 3 6 C a n c e r s i n 1 8 5 C o u n t r i e sJ.C A C a n c e r J C l i n,2 0 2 1,7 1(3):2 0 9-2 4 9.2 R e b o l a J,A g u i a r P,B l a n c a A,e t a l.P r e d i c t i n g o u t c o m e s i n n o n-m u s c l e i n v a s i v e(T a/T 1)b l a d d e r c a n c e r:t h e r o l e o f m o-l e c u l a r g r a d e b a s e d o n l u m i n a l/b a s a l p h e n o t y p eJ.V i r c h o w s A r c h,2 0 1 9,4 7 5(4):4 4 5-4 5 5.3 S y l v e s t e r R J,O o s t e r l i n c k W,H o l m a n g S,e t a l.S y s t e m a t i c R e v i e w a n d I n d i v i d u a l P a t i e n t D a t a M e t a-a n a l y s i s o f R a n d o m-05现代泌尿生殖肿瘤杂志2 0 2 4年2月第1 6卷第1期 J C o n t e m p U r o l R e p r o d O n c o l,F e b r u a r y 2 0 2 4,V o l 1 6,N o.1i z e d T r i a l s C o m p a r i n g a S i n g l e I mm e d i a t e I n s t i l l a t i o n o f C h e m o t h e r a p y A f t e r T r a n s u r e t h r a l R e s e c t i o n w i t h T r a n s u r e-t h r a l R e s e c t i o n A l o n e i n P a t i e n t s w i t h S t a g e p T a-p T 1 U r o t h e-l i a l C a r c i n o m a o f t h e B l a d d e r:Wh i c h P a t i e n t s B e n e f i t f r o m t h e I n s t i l l a t i o n?J.E u r U r o l,2 0 1 6,6 9(2):2 3 1-2 4 4.4 S o n g Y,D u Y,Q i n C,e t a l.G e m c i t a b i n e-R e s i s t a n t B i o m a r-k e r s i n B l a d d e r C a n c e r a r e A s s o c i a t e d w i t h T u m o r-I mm u n e M i c r o e n v i r o n m e n tJ.F r o n t C e l l D e v B i o l,2 0 2 2,9:8 0 9 6 2 0.5 R o s t a m i N,N i k k h o o A,A j j o o l a b a d y A,e t a l.S 1 P R 1 a s a N o v e l P r o m i s i n g T h e r a p e u t i c T a r g e t i n C a n c e r T h e r a p yJ.M o l D i a g n T h e r,2 0 1 9,2 3(4):4 6 7-4 8 7.6 X i a Y,R a o L,Y a o H,e t a l.E n g i n e e r i n g M a c r o p h a g e s f o r C a n c e r I mm u n o t h e r a p y a n d D r u g D e l i v e r yJ.A d v M a t e r,2 0 2 0,3 2(4 0):e 2 0 0 2 0 5 4.7 F a q a r-U z-Z a m a n WF,S c h m i d t K G,T h o m a s D,e t a l.S 1 P L y a s e s i R NA D a m p e n s M a l i g n a n c y o f D L D-1 C o l o r e c t a l C a n c-e r C e l l sJ.L i p i d s,2 0 2 1,5 6(2):1 5 5-1 6 6.8 G o H,K i m P J,J e o n Y K,e t a l.S p h i n g o s i n e-1-p h o s p h a t e r e-c e p t o r 1(S 1 P R 1)e x p r e s s i o n i n n o n-m u s c l e i n v a s i v e u r o t h e l i a l c a r c i n o m a:A s s o c i a t i o n w i t h p o o r c l i n i c a l o u t c o m e a n d p o t e n-t i a l t h e r a p e u t i c t a r g e tJ.E u r J C a n c e r,2 0 1 5,5 1(1 4):1 9 3 7-1 9 4 5.9 L a n k a d a s a r i MB,A p a r n a J S,M o h a mm e d S,e t a l.T a r g e t i n g S 1 P R 1/S TA T 3 l o o p a b r o g a t e s d e s m o p l a s i a a n d c h e m o s e n s i t i-z e s p a n c r e a t i c c a n c e r t o g e m c i t a b i n eJ.T h e r a n o s t i c s,2 0 1 8,8(1 4):3 8 2 4-3 8 4 0.1 0 K u d o-s a i t o C,M i y a m o t o T,I m a z e k i H,e t a l.I L 3 3 I s a K e y D r i v e r o f T r e a t m e n t R e s i s t a n c e o f C a n c e rJ.C a n c e r R e s,2 0 2 0,8 0(1 0):1 9 8 1-1 9 9 0.1 1 C h a e Y K,R a n g a n a t h K,H a mm e r m a n P S,e t a l.I n h i b i t i o n o f t h e f i b r o b l a s t g r o w t h f a c t o r r e c e p t o r(F G F R)p a t h w a y:t h e c u r r e n t l a n d s c a p e a n d b a r r i e r s t o c l i n i c a l a p p l i c a t i o nJ.O n-c o t a r g e t,2 0 1 7,8(9):1 6 0 5 2-1 6 0 7 4.1 2 K o s t a s M,L a m p a r t A,B o b e r J,e t a l.T r a n s l o c a t i o n o f E x-o g e n o u s F G F 1 a n d F G F 2 P r o t e c t s t h e C e l l a g a i n s t A p o p t o s i s I n d e p e n d e n t l y o f R e c e p t o r A c t i v a t i o nJ.J M o l B i o l,2 0 1 8,4 3 0(2 1):4 0 8 7-4 1 0 1.1 3 M a n o u s a k i d i S,G u i l l a u m e A,P i r o u C,e t a l.F G F 1 i n d u c e s r e s i s t a n c e t o c h e m o t h e r a p y i n o v a r i a n g r a n u l o s a t u m o r c e l l s t h r o u g h r e g u l a t i o n o f p 5 3 m i t o c h o n d r i a l l o c a l i z a t i o nJ.O n-c o g e n e s i s,2 0 1 8,7(2):1 8.1 4 S a b a p a t h y K,L a n e D P.U n d e r s t a n d i n g p 5 3 f u n c t i o n s t h r o u g h p 5 3 a n t i b o d i e sJ.J M o l C e l l B i o l,2 0 1 9,1 1(4):3 1 7-3 2 9.1 5 Z h a n g C,L i u J,X u D,e t a l.G a i n-o f-f u n c t i o n m u t a n t p 5 3 i n c a n c e r p r o g r e s s i o n a n d t h e r a p yJ.J M o l C e l l B i o l,2 0 2 0,1 2(9):6 7 4-6 8 7.1 6 N i s h i y a m a H,W a t a n a b e J,O g a w a O.p 5 3 a n d c h e m o s e n s i-t i v i t y i n b l a d d e r c a n c e rJ.I n t J C l i n O n c o l,2 0 0 8,1 3(4):2 8 2-2 8 6.1 7 X u J,P a t e l NH,G e w i r t z D A.T r i a n g u l a r R e l a t i o n s h i p b e-t w e e n p 5 3,A u t o p h a g y,a n d C h e m o t h e r a p y R e s i s t a n c eJ.I n t J M o l S c i,2 0 2 0,2 1(2 3):8 9 9 1.(收稿日期:2 0 2 2-0 6-1 7)(本文编辑:王启琳)15现代泌尿生殖肿瘤杂志2 0 2 4年2月第1 6卷第1期 J C o n t e m p U r o l R e p r o d O n c o l,F e b r u a r y 2 0 2 4,V o l 1 6,N o.1