摘要:目的 探讨富含亮氨酸的重复序列蛋白 (leucine-rich repeat-containing protein 31,LRRC31) 在前列腺癌 (prostate cancer,PCa) 患者中的表达水平及对临床预后意义。方法 通过在肿瘤基因图谱 (the cancer genome atlas,TCGA) 数据库下载并分析前列腺相关患者基因表达数据共 500例,其中前列腺癌数据 490例, 导管及小叶肿瘤 9例,囊性、黏液性及浆液性肿瘤 1例。明确 LRRC31在前列腺癌组织与正常前列腺组织之间的 表达差异,分析LRRC31的表达与前列腺癌患者年龄、分期以及总生存时间的相关性,探讨LRRC31对于前列腺 癌细胞的作用机制。结果 LRRC31在前列腺癌细胞中的表达水平明显高于其在癌旁组织中的表达水平,差异有统计学意义 (P=0.022),LRRC31的表达在患者年龄分布上差异无统计学意义 (P=0.347);高表达 LRRC31 的前列腺癌患者的 T 分期明显高于低表达的患者,差异有统计学意义 (P<0.001);发生周围淋巴结受累的前列腺癌患者的 LRRC31的表达水平与未发生周围淋巴结受累的患者的 LRRC31的表达水平比较,差异无统计学意义 (P=0.123);LRRC31低表达的前列腺癌患者的总生存期明显优于 LRRC31高表达的前列腺癌患者,差异 有统计学意义 (P=0.024)。根据基因集富集分析 (gene set enrichment analysis,GSEA) 结果表明,LRRC31 可能通过多种细胞代谢途径及细胞通路影响前列腺癌的发生,包括谷胱甘肽代谢、Notch信号通路、苯丙氨酸代 谢、RIG-I样信号通路、RNA降解、小细胞肺癌及泛素介导的蛋白水解途径。结论 LRRC31基因与前列腺癌 患者的不良预后相关,可以作为前列腺癌的独立危险因素。
图 1 富含亮氨酸的重复序列蛋白在癌旁组织和前列腺癌组织中的表达水平 注:A. 癌旁组织与前列腺癌组织中的富含亮氨酸的重复序列蛋白表达水平;B. 匹配的癌旁组织与前列腺癌组织中的富含亮氨酸的重复序列蛋白表达水平。
表 1 富含亮氨酸的重复序列蛋白表达水平与前列腺癌患者临床病理特征的相关性
图 2 富含亮氨酸的重复序列蛋白表达水平与临床病理特征相关性 注:A. 不同的年龄段的前列腺癌患者的富含亮氨酸的重复序列蛋白的表达水平;B. 不同的 T 分期前列腺癌组织中的富含亮氨酸的重复序列蛋白的表达水平;C. 是否发生周围淋巴结受累患者的富含亮氨酸的重复序列蛋白表达水平。
图 3 富含亮氨酸的重复序列蛋白表达与生存相关性 注:A. 存活与死亡患者的富含亮氨酸的重复序列蛋白的表达水平;B. 富含亮氨酸的重复序列蛋白低表达组与高表达组的总生存期比较;C. 前列腺癌患者富含亮氨酸的重复序列蛋白与生存期 ROC 曲线。
图 4 富含亮氨酸的重复序列蛋白的单因素及多因素 COX 回归分析 注:富含亮氨酸的重复序列蛋白单因素 COX 回归分析;B. 富含亮氨酸的重复序列蛋白多因素 COX 回归分析。
表 2 基因集富集分析分析富含亮氨酸的重复序列蛋白相关基因富集参数
图 5 基于 LRRC31 高表达组前列腺癌样本的 GSEA 分析
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前列腺癌 (prostate cancer,PCa) 是男性泌尿 生殖系统中最常见的肿瘤之一,其病死率在西方国 家恶性肿瘤中排名第二,已成为全球第四大常见癌 症[1] 之一。根据美国癌症协会 (the American Cancer Society,ACS) 的统计,2021年美国前列腺癌的发 病率 占男性所有肿瘤的 26%,发病人数则达到了 248 530例,前列腺癌的病死率更是占男性所有恶性 肿瘤病死率的 11%,达到了 34 130例[2] 。虽然亚洲地 区的前列腺癌发病率远低于西方国家,但近年来已 呈现明显的上升趋势。2003年前列腺癌的发病率为 6.35/10 万,而 2015 年前列腺癌的发病率已上升至 10.23/10 万,病死率为 4.36/10 万[3] 。目前,早期发 现前列腺癌的方式主要通过直肠指诊、血清前列腺 特异性抗原 (prostate specific antigen,PSA) 监测 以及前列腺穿刺活检。其中,直肠指诊的检查方式 主要与检查者的经验有关,主观性较强;血清 PSA 监测虽然灵敏度高,但其特异性不强,容易受到其 他因素影响;而前列腺穿刺活检是一种有创的检查,大多数患者不愿意在筛查阶段便使用这样的检 查方式,并且有假阴性的可能。因此,寻找一种无 创的筛查方式,以及探究前列腺癌的发生、发展的 相关机制,改善患者预后,成为了目前研究的热点。
富含亮氨酸的重复序列蛋白 (leucine- rich repeat-containing protein 31,LRRC31) 能通过抑制 非同源末端连接修复途径 (non- homologous endjoining,NHEJ) 抑制 DNA 双链的修复,紊乱细胞 周期[4] ,因此本研究探讨 LRRC31在前列腺癌患者中 的表达水平及临床预后意义,以寻求一种新的前列 腺癌早期诊断及靶向治疗的方向。
1 资料与方法
1.1 临床资料
1.2 分析方法
1.3 统计学处理
2 结果
2.1 LRRC31在前列腺癌组织中的表达
2.2 LRRC31 的表达与前列腺癌患者临床病理相关性分析
2.3 LRRC31 基因的表达与前列腺癌患者预后的影响
2.4 LRRC31 高表达水平的 GSEA 分析
3 讨论
3 讨论
我国前列腺癌的发病率逐年上升[3] ,虽然基于 PSA 的早期诊断已显著提高了患者的生存期,但是 基于 PSA的升高的过度诊断及过度治疗也随之增长, 甚至限制了 PSA 对前列腺癌诊断的临床价值[5-6] 。通常情况下进行前列腺穿刺活检是通过 PSA 水平来界 定的[7] ,但是 PSA是组织特异性而非肿瘤特异性,有 许多因素干扰 PSA 的检测结果,并且前列腺癌穿刺 活检作为一种侵入性的检查手段,无法监测原发肿 瘤的变化。
目前有研究表明,循环肿瘤细胞 (circulating tumor cells,CTCs) 作为一种非侵入性的新型诊断 标志,有助于肿瘤微环境的早期发现和预后评估, 在治疗检测以及个体化治疗中具有重要的临床意 义[12] 。CTCs是指从肿瘤原发灶或者转移灶通过主动 或者被动的方式入血,并且逃避了免疫杀伤而存活 的肿瘤细胞[8] 。CTCs检测能及时反映原发肿瘤的发 展情况,辅助判断病情进展,具有无创、便捷、可 重复检测的优点[9] 。因为 CTCs和肿瘤原发灶具有相 似的基因型和表型,所以它比 PSA 检测具有更高的 特异性,相较于前列腺穿刺活检,CTCs检测更加快 捷、微创,并且能够反映疾病的动态变化[10] 。但是目 前关于 CTCs检测在临床实际应用中最大的问题是检 测技术的局限性,以及需要更大的样本量对实验结 果进行验证,以获得更客观、更准确的结论。因此 也需要更多的检测指标与 CTCs检测相结合,作为辅 助诊断前列腺癌的指标。
已有研究发现,LRRC31 在乳腺癌细胞中能够 通过抑制非同源末端连接修复途径抑制 DNA 双链的 修复,并且 LRRC31 通过竞争性结合 Ku70、Ku80、 ATR 和 MSH2 抑制 DNA-PKcs 募集和激活,削弱 NHEJ修复反应[4] 。此研究为乳腺癌提供了一个新的 治疗靶点,为 LRRC31 作为肿瘤治疗靶点及预后诊 断新指标提供了理论支持,但是关于 LRRC31 在前 列腺癌中的作用尚未完全清楚。
本研究利用 TCGA 数据集,确认了相较于正常 前列腺组织,LRRC31 在肿瘤样本中的表达水平显 著上调。同时随着 LRRC31 的表达水平提高,患者 发生肿瘤体积的增加和邻近组织受累范围的增加的 风险会逐渐升高。此外,LRRC31 低表达的前列腺 癌患者的总生存期要明显优于 LRRC31 高表达的前 列腺癌患者。这些结果说明,LRRC31 高表达与前 列腺癌患者的不良临床特点有关,前列腺组织 LRRC31表达失调与前列腺癌的发病进程相关,可预测 前列腺癌的发病进展及恶性程度。并且 LRRC31 可 作为一个预后因子,可作为判断预后的潜在生物标 志物。
为了进一步探讨 LRRC31 的表达是通过何种途 径影响前列腺癌的发生及患者的预后,本研究以 Hallmark 基因集作为参考基因集,对 LRRC31 进行 GSEA 分析 KEGG 富集分析,结果表明,LRRC31参与了谷胱甘肽代谢、Notch信号通路、苯丙氨酸代 谢、RIG-I样信号通路、RNA 降解、小细胞肺癌及 泛素介导的蛋白水解途径,而 Notch信号通路影响细 胞正常形态发生的多个过程,包括多功能祖细胞的 分化、细胞凋亡、细胞增殖及细胞边界的形成[11] 。因 此 Notch 信号通路的改变也推测了 LRRC31 作为前 列腺癌预后标志物及治疗靶点的潜力。这方面佐证 了 LRRC31 在前列腺癌发生发展作用的猜想,提示 LRRC31 可能通过以上信号通路或分子生物学过程 影响前列腺癌细胞的细胞增殖分化侵袭。
综上所述,本研究通过生物信息学方法对前列 腺癌大样本测序数据进行分析,揭示了 LRRC31 在 前列腺癌中可能发挥的治疗作用和预后预测价值, 为接下来进一步探索 LRRC31 的生物学功能及其作 用机制提供了线索和依据。由于本研究的数据仅来 源于 TCGA 数据库,缺少额外的数据集来验证,因 此缺乏互相对比的数据集。并且随着医疗水平的进 步,人们进行体格检查的意识增强,前列腺癌的发 现较为早期,预后较好,因此对于前列腺癌患者总 生存期的分析时间选取较短,以及缺乏对 LRRC31 在前列腺癌中作用机制的更进一步研究。生物信息 学分析的结果最终需依托于大量的实验验证,未来 的研究将结合临床实际,收集相关临床资料,开展 基因功能和机制验证进行研究。
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