抗炎因子A20与肿瘤患者预后及免疫调节通路的泛癌分析.pdf

尹翔安,谭纤,蒋斌元,等.抗炎因子 A20 与肿瘤患者预后及免疫调节通路的泛癌分析J.中南医学科学杂志,2023,51(5):635-639,669.收稿日期 2023-05-25修回日期 2023-06-28基金项目 湖南省科技创新重点工程项目(2021SK1014)作者简介 尹翔安,硕士研究生,研究方向为神经退行性疾病的机制,E-mail 为 20202013110948 。通信作者王丹玲,博士,教授,博士研究生导师,研究方向为神经退行性疾病的机制及新药研发,E-mail 为 Wangdanling2008 。DOI:10.15972/ki.43-1509/r.2023.05.003基础医学抗炎因子 A20 与肿瘤患者预后及免疫调节通路的泛癌分析尹翔安1,2,3,谭纤1,2,3,蒋斌元1,3,王丹玲1,2,31.南华大学衡阳医学院,湖南衡阳 421001;2.南华大学未来科学研究院,湖南长沙 410008;3.南华大学附属长沙中心医院,湖南长沙 410004摘 要 目的 分析抗炎因子 A20 在不同肿瘤细胞中的表达及与患者预后的关系,探讨 A20 涉及的生物学功能以及其调控核因子-B 通路使机体避免过度的炎症反应机制的普遍性。方法利用 GTEx 和 TCGA 数据库中的肿瘤基因数据分析 A20 基因表达与肿瘤预后的关系,通过基因富集分析探讨 A20 相关的分子通路与生物功能,使用 TIMER 2.0 平台检测多种肿瘤中 A20 与 RELA p65 基因的共表达情况。结果 泛癌分析结果显示,A20 基因表达升高是肾上腺皮质癌(ACC)、宫颈鳞癌和腺癌(CESC)、多形性胶质母细胞瘤(GBM)、脑低级别胶质瘤(LGG)肿瘤患者总生存时间的危险因素,且 A20 基因高表达的 ACC、GBM、胸腺癌(THYM)肿瘤患者疾病复发风险增高。基因富集分析结果显示,A20 基因与免疫反应关系密切,且 A20 与 RELA p65 在 30 种肿瘤中表达呈正相关,但 GBM和皮肤黑色素瘤(SKCM)中 A20 与 RELA p65 表达不同步。结论 A20 是维持免疫平衡的重要分子和免疫靶向治疗的重要靶点,在 GBM 和 SKCM 中 A20 可能存在其他未知的免疫调控机制,有待进一步探索。关键词 抗炎因子 A20;肿瘤免疫;核因子-B 信号通路;p65中图分类号 R4文献标识码 APan-cancer analysis of roles of anti-inflammatory factor A20 in prognosis and immu-nomodulatory pathways in tumor patientsYIN Xiangan1,2,3,TAN Xian1,2,3,JIANG Binyuan1,3,WANG Danling1,2,31.Hengyang Medical College,University of South China,Hengyang 421001,Hunan,China;2.Institute of Future Science,University of South China,Changsha 410008,Hunan,China;3.Changsha Central Hospital Affiliated to University of SouthChina,Changsha 410004,Hunan,ChinaABSTRACT Aim To analyze the expression of anti-inflammatory factor A20 in different tumor cells and its corre-lation with the prognosis of patients,and to explore the biological function of A20 and the general mechanism of regulationof the NF-B pathway to avoid excessive inflammatory response.MethodsThe study used data from the Genotype-Tissue Expression(GTEx)and The Cancer Genome Atlas(TCGA)databases to analyze the relationship between A20 geneexpression and tumor prognosis.It also uses the TIMER2.0 platform to detect the co-expression of A20 and RELA p65genes in various tumors.Results Increased A20 mRNA expression is a risk factor for overall survival in patients withACC,CESC,GBM,and LGG tumors.It also shows that A20 gene is closely related with immune response and its ex-pression is positively correlated with RELA p65 in 30 types of tumors,except for GBM and SKCM.Conclusion A20is an important molecule for maintaining immune balance and an important target for immunotherapy.There may be otherunknown immune regulatory mechanisms of A20 in GBM and SKCM,which may need to be further explored.KEY WORDS anti-inflammatory factor A20;tumor immunity;NF-B signaling pathway;p65 炎症和肿瘤之间存在密不可分的联系,A20 最初作为肿瘤坏死因子-(tumor necrosis factor,TNF-)的反应分子被发现,也被称作肿瘤坏死因子诱导蛋白 3(tumor necrosis factor inducing protein 3,TNFAIP3),因其抗炎抗凋亡的生物学功能受到肿瘤研究者的广泛关注1-2。作为炎症信号转导途径中的重要调节因子,A20 对核因子(nuclear factor,NF)-B 通路的激活有负向调控作用,可抑制核转录因子 NF-B536CN 43-1509/R 中南医学科学杂志 2023 年第 51 卷第 5 期信号通路中 RELA p65 的激活及入核,从而避免机体产生过度的炎症反应3。A20 基因全长 4 665 个核苷酸,定位于 6 号染色体,编码 790 个氨基酸的蛋白序列,相对分子质量约90 kDa。A20 蛋白在氨基端存在卵巢肿瘤去泛素化酶结构域,具有去泛素化酶的功能;在羧基端存在 7 个锌指蛋白序列,具有泛素化 E3 连接酶的作用,A20 在泛素化过程中具有双重作用,可对靶向分子进行双向调节4。抗炎过程中,A20 的主要作用是反馈抑制 NF-B 信号通路的过度激活,避免炎症反应的失控5。然而在肿瘤的发生发展过程中,慢性炎症反应可能具有双面性,既有抑癌的一面也有促癌的一面,研究发现,NF-B 信号通路的持续激活会促进肿瘤的存活,并引起肿瘤化疗耐受等一系列后果6-7。NF-B 信号通路的持续激活会反馈诱导A20 基因的过度表达,两者之间的相互调节对炎症反应的影响可能非常复杂,并给肿瘤患者预后带来未知的结果。本研究借助生物信息学方法对不同肿瘤中 A20 基因的表达进行分析,发现高表达 A20对部分肿瘤的预后存在不良影响,A20 与肿瘤的免疫反应密切相关,且在大部分肿瘤中与 NF-B 信号通路核心分子 RELA p65 共表达,提示 A20 是肿瘤免疫过程中非常重要的研究对象。1 材料和方法1.1 数据来源及表达分析不同肿瘤及相应癌旁组织中 A20 基因的表达数据及随访资料均来自 GTEx(https:/gtexport.org/home/)和 TCGA(https:/portal.gdc.cancer.gov/)数据库,整合 GTEx 和 TCGA 数据库中样本的表达数据后进行归一化处理,使用 log2 表达倍数变化,P0.05 表示差异具有统计学意义。数据集中涉及的肿瘤名称及相应的缩写如下:肾上腺皮质癌(ad-renocortical carcinoma,ACC)、膀 胱 尿 路 上 皮 癌(bladder urothelial carcinoma,BLCA)、乳腺浸润癌(breast invasive carcinoma,BRCA)、宫颈鳞癌和腺癌(cervical and endocervical cancers,CESC)、胆管癌(cholangiocarcinoma,CHOL)、结肠癌(colon adeno-carcinoma,COAD)、弥漫性大 B 细胞淋巴瘤(diffuselarge B-cell lymphoma,DLBC)、食管癌(esophagealcarcinoma,ESCA)、多 形 性 胶 质 母 细 胞 瘤(glioblastoma multiforme,GBM)、头颈鳞状细胞癌(head and neck squamous cell carcinoma,HNSC)、肾嫌色细胞癌(kidney chromophobe,KICH)、肾透明细胞癌(kidney renal clear cell carcinoma,KIRC)、肾乳头状细胞癌(kidney renal papillary cell carcinoma,KIRP)、急 性 髓 细 胞 样 白 血 病(acute myeloidleukemia,AML)、脑 低 级 别 胶 质 瘤(lower-gradeglioma,LGG)、肝细胞肝癌(hepatocellular carcinoma,HCC)、肺腺癌(lung adenocarcinoma,LUAD)、肺鳞癌(lung squamous cell carcinoma,LUSC)、间皮瘤(mes-othelioma,MESO)、卵 巢 浆 液 性 囊 腺 癌(ovarianserous cystadenocarcinoma,OV)、胰腺癌(pancreaticadenocarcinoma,PAAD)、嗜铬细胞瘤和副神经节瘤(pheochromocytoma and paraganglioma,PCPG)、前列腺癌(prostate adenocarcinoma,PRAD)、直肠腺癌(rectum adenocarcinoma,READ)、肉 瘤(sarcoma,SARC)、皮肤黑色素瘤(skin cutaneous melanoma,SKCM)、胃癌(stomach adenocarcinoma,STAD)、睾丸癌(testicular germ cell tumors,TGCT)、甲状腺癌(thyroid carcinoma,THCA)、胸 腺 癌(thymoma,THYM)、子宫内膜癌(uterine corpus endometrial car-cinoma,UCEC)、子宫肉瘤(uterine carcinosarcoma,UCS)、葡萄膜黑色素瘤(uveal melanoma,UVM)。1.2 危险因素与患者预后分析使用 COX 回归分析 A20 基因表达对不同肿瘤的危险程度,绘制 Kaplan-Meier 生存曲线研究 A20基因表达情况与患者生存期(overall survival time indays,OS)和无进展生存期(progression-free interval,PFI)的关系。危险因素(hazard ratio,HR)和95%可信区间使用单变量因素分析。1.3 基因富集分析根据 A20 基因的表达程度,将样本平均分成高表达和低表达两组检测 A20 基因表达对肿瘤组织内生物学功能及信号通路的影响,使用 GSEA 软件分析高表达组和低表达组中 KEGG 和 HALLMARK通路的基因富集情况,FDR0.65 被认为差异具有统计学意义。1.4 A20 与 RELA p65 基因的共表达分析使用 TIMER2.0(http:/timer.cistrome.org/)对不同肿瘤组织中 A20 与 NF-B 信号通路中 RELAp65 基因的表达数据进行分析,检测 A20 基因与RELA p65 的共表达情况。1.5 统计学处理使用 t 检验比较 A20 在癌组织与癌旁组织中的表达;生存分析中,采用 COX 回归分析计算 HR 值和 P 值;采用 Kaplan-Meier 曲线比较不同 A20 表达情况的肿瘤患者预后情况。P0.05);存在 A20 表达差异的 22 种肿瘤中BLCA、LUAD、LUSC、OV、SKCM、THCA、UCEC、UCS这 8 种肿瘤的癌旁组织 A20 表达均高于癌组织(P0.05);剩余 14 种肿瘤的癌组织中 A20 表达均高于癌旁组织(P0.05;图 1)。图 1 不同肿瘤中 A20 基因在癌与癌旁组织中的差异表达结果a 为 P0.05;b 为 P0.01;c 为 P0.001,与相应癌旁组织比较。2.2 A20 基因表达与肿瘤患者整体生存期的关系利用 COX 回归分析发现,高表达 A20 基因是ACC、CESC、GBM、LGG 这 4 种肿瘤患者 OS 的危险因素(图 2)。利用 A20 表达及患者 OS 数据绘制Kaplan-Meier 曲线,结果显示,在 ACC、CESC、GBM、LGG 肿瘤中 A20 基因高表达的肿瘤患者整体生存时间短于 A20 基因低表达的肿瘤患者(图 3)。图 2 在 ACC、CESC、GBM、LGG 这 4 种肿瘤中A20 基因高表达为肿瘤患者 OS 的危险因素图 3 高表达 A20 基因表达与 OS 的Kaplan-Meier 曲线736CN 43-1509/R 中南医学科学杂志 2023 年第 51 卷第 5 期2.3 A20 基因表达与肿瘤患者病情无发展间期的关系利用 COX 回归分析发现,高表达 A20 基因是ACC、GBM、THYM 这3 种肿瘤患者的危险因素(图4)。利用 A20 基因表达及患者 PFI 数据绘制 Kaplan-Meier 曲线,发现在 ACC、GBM、THYM 这3 种肿瘤中高表达 A20 基因的肿瘤患者 PFI 明显少于低表达A20 基因的肿瘤患者(图 5),提示 A20 基因表达高的肿瘤患者存在更大的肿瘤复发风险。2.4 肿瘤中 A20 相关基因的功能富集分析结果使用 GSEA 分析肿瘤基因信息数据中 A20 基因高表达组和 A20 基因低表达组中相关 KEGG 和Hallmark 通路的基因富集情况,发现 A20 基因高表达与 NOD 样受体信号通路、Toll 样受体信号通路、T细胞受体信号通路的基因富集密切相关,并且 TNF-/NF-B 信号通路、IL-2/STAT5 信号通路、炎症反应相关的标志物基因发生富集。当 A20 基因处于低表达水平时,阿尔茨海默症、核糖体功能、帕金森病及氧化磷酸化相关信号通路的基因发生富集,并且脂肪生成、胰脏 B 细胞功能、脂肪酸代谢及氧化磷酸化标志物相关基因发生富集(图 6)。图 4 ACC、GBM、THYM 中 A20 基因高表达为肿瘤患者 PFI 的危险因素图 5 A20 基因表达与 PFI 的 Kaplan-Meier 曲线2.5 A20 与 RELA p65 基因的共表达情况鉴于 A20 与 NF-B 信号通路的密切联系,使用TIMER2.0 平台分析肿瘤数据库多种肿瘤中 A20 与RELA p65 的共表达情况,发现在大部分肿瘤中 A20与 NF-B 信号通路中的核心分子 RELA p65 表达存在显著的正相关表达情况(图 7),仅在 BRCA-HER2、GBM、SKCM 及 UVM 数据中未存在两者共表达的情况。3 讨 论本研究通过 A20 基因的泛癌分析发现其在大部分肿瘤中存在表达,且 ACC、CESC、CHOL、COAD、ESCA、GBM、HNSC、KIRC、LAML、LGG、LIHC、PAAD、STAD、TGCT 这 14 种肿瘤中 A20 的表达显著高于癌旁组织。高表达 A20 基因对于 ACC、CESC、GBM、LGG 这 4 类肿瘤患者的整体生存时间是高危因素,并且 A20 基因高表达可能会造成ACC、GBM、THYM 这 3 类肿瘤患者更短的病情无发展期,提示更短的复发时间和更高的复发风险,但是部分肿瘤如 ACC、CHOL、KICH、UCS 的患者样本数量未到 100 例,扩大数量可能会使预测结果更加可靠。基因富集分析发现 A20 与肿瘤患者的免疫反应密切相关,参与了多个免疫反应途径,结合现有研究认为 A20 与 NF-B 通路关系非常密切,且A20 基因与 RELA p65 基因在 30 个肿瘤类别中呈现显著的共表达关系;提示 A20 基因对 NF-B 信号通路的调节非常重要,是研究肿瘤免疫的关键切入点。836ISSN 2095-1116 Medical Science Journal of Central South China,Vol 51,No 5,2023图 6 与 A20 基因表达相关的基因富集分析结果A 为 A20 基因高表达组中 KEGG 信号通路;B 为 A20 基因低表达组中 KEGG 信号通路;C 为 A20 基因高表达组中生物功能标志物;D 为 A20 基因低表达组中生物功能标志物。图 7 A20 基因与 RELA p65 基因的共表达分析 A20 基因的高表达对于 GBM 患者来说不仅影响整体生存时间还具有更高的复发风险,GBM 患者基因表达数据显示,在癌旁组织中 A20 的表达量明显低于癌组织,但 GBM 癌组织中 A20 与 RELA p65的表达未发现相关性,推测 A20 可能通过其他途径被异常持续激活,且可能存在其他 A20 特异性识别的泛素化靶点,相关的分子机制亟待探索。有研究发现,在 GBM 中抑制 A20 基因的表达可降低胶质瘤细胞的生长速度,减少胶质瘤干细胞的生存时间8-9,本文认为胶质瘤中 A20 的相关细节值得进一步研究和探索。在 SKCM 中,癌旁与癌组织的A20 表达未发现显著性表达差异,且 A20 与 RELAp65 不存在共表达关系,推测 SKCM 中存在某种特有的免疫反应调控机制,亦或者 A20 通过其他免疫调控通路参与了黑色素瘤的免疫调节,近年有研究者指出在黑色素瘤中 A20 可通过泛素化调控STAT3 实现对 PD-L1 表达的影响,A20 可能会是黑色素瘤免疫治疗的一个新突破口10。到目前为止,A20 基因被发现已有 30 年,被认为是保持组织免疫平衡的重要分子,其抗炎、抗凋亡、抗坏死的功能也逐步被人们所认识,对 A20 的机制及应用的研究一直在继续11-12。人们发现 A20减少与帕金森疾病进展密切相关13;而髓样细胞A20 的缺乏可导致小鼠脂肪酸代谢能力的增强,减少肥胖及胰岛素抵抗的发生14。鉴于 A20 功能的重要性,以 A20 为基础制定疾病治疗策略将是未来的重要研究方向。随着 A20 研究文献的积累及生物信息学的进步,泛癌分析将更有效且快速的帮助研究者寻找解决问题的切入点,也希望本文能对A20 的研究提供思路与线索。(下转第 669 页)936CN 43-1509/R 中南医学科学杂志 2023 年第 51 卷第 5 期9 LEVEY A S,STEVENS L A,SCHMID C H,et al.A new equationto estimate glomerular filtration RateJ.Ann Intern Med,2009,150(9):604-612.10 WANG J,ZHANG C,LIU Z,et al.Risk factors of contrast-inducednephropathy after percutaneous coronary intervention:a retrospectiveanalysisJ.J Int Med Res,2021,49(4):3000605211005972.11 KAUR G,SHAH R P,SHAKYA A,et al.Hospitalization out-comes related to acute kidney injury in inpatients with acute myo-cardial infarction:a cross-sectional nationwide studyJ.Cureus,2022,14(7):e26490.12 ADEGBALA O,INAMPUDI C,ADEJUMO A,et al.Characteris-tics and outcomes of patients with cardiogenic shock utilizing hemo-dialysis for 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