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背景:驱动基因突变如EGFR和KRAS突变,MET扩增以及ALK、RET、ROS1融合基因等,在肺腺癌的发病和个体化治疗中发挥关键作用。但仍有大约30%的肺腺癌未发现明确的驱动基因突变,大约10-30%的KRAS突变型肺腺癌缺乏有效的靶向治疗手段。深入研究这部分肺腺癌发病的分子机制并寻找潜在的治疗靶点仍然是目前最重要课题之一。肿瘤研究领域高通量的基因组表达谱分析技术正在应用于肿瘤高危人群筛查、早期诊断、分子学分型、精准治疗、监控和预测肿瘤复发、疗效评估以及预后判断等多个方面。应用高通量技术分析不同分子改变肺腺癌(EGFR突变、KRAS突变和三阴性肺腺癌)基因组表达差异将为新的潜在治疗靶点的寻找提供实验依据。Polo样激酶1在人类多种恶性肿瘤中高表达并且是预后不良的指标。多项研究证实PLK1是治疗肿瘤的理想分子靶点,但迄今PLK1表达在肺腺癌中的研究报道不多,是否可以作为肺腺癌潜在的治疗靶点也不清楚。本研究通过观察PLK1表达与肺腺癌临床病理特征、分子改变和预后的关系,以及对肺腺癌细胞株增殖、周期分布、凋亡和侵袭能力的影响,探讨PLK1在肺腺癌中过表达的意义及作为个体化治疗分子靶点的临床价值。方法:1.应用Nimblegen全基因组表达谱芯片技术分析7例肺腺癌,包括2例EGFR突变型肺腺癌、2例KRAS突变型肺腺癌和3例三阴性肺腺癌(EGFR-/KRAS-/EML4-ALK-,triple negative)的全基因组表达谱,Gene Ontology(GO)分析信号通路和基因表达差异。2.应用免疫组化法检测266例I-IV期肺腺癌中PLKl、TTF1、p53蛋白的表达,分别应用直接基因测序技术、免疫组化VENTANA法和FISH技术检测EGFR 18-21号外显子和KRAS12/13号密码子突变以及EML4-ALK融合基因。分析PLK1、TTF1、p53蛋白表达与肺腺癌临床病理特征、EGRFR和KRAS突变以及EML4-ALK融合的关系。采用Kaplan-Meier法进行单因素生存分析,采用Cox比例风险回归法进行多因素分析。3.为了观察PLK1特异性小分子抑制剂Poloxin对人肺腺癌细胞株A549(KRAS突变,TP53 野生型)、H1975(EGFR 突变,TP53 突变型)、H1563(三阴性,TP53野生型)细胞生物学性状的影响,分别应用MTT法、流式细胞仪、Transwell试验观察Poloxin对不同人肺腺癌细胞株增殖能力、细胞周期分布、凋亡以及侵袭能力的影响,应用Real-time PCR和Westernblot方法检测PLK1 mRNA和蛋白的表达。结果:1.肺腺癌中存在显著异常的细胞信号通路基因表达,包括糖类代谢、缺氧诱导因子、细胞黏附分子、病毒癌基因和黏蛋白合成等。本研究共确认976个基因呈显著高表达,813个基因呈显著低表达。参与肺腺癌发病和进展的45个关键基因中包括著名的驱动基因EGFR、ERBB2、KRAS、MET等和重要的抑癌基因CDKN2A、ID1、RB1和TP53等。EGFR突变型肺腺癌中显著异常表达的基因有EGFR、MYCL1、NKX2-1、SP-B/C、DUSP4等。KRAS突变型肺腺癌异常表达的基因有KRAS、PLK1、CEACAM5、DDR1、LKB1和TP53等。三阴性肺腺癌显著异常表达基因有AHNAK2、CYP24A1、EGFR、KRTAP5-8、MMP7、PLK1 等。PLK1在KRAS突变型和三阴性肺腺癌均呈显著高表达。2.62%(165/266)的肺腺癌呈PLK1蛋白过表达。PLK1过表达与吸烟史(P<0.05)、转移/复发(P<0.01)以及高临床分期(Ⅲ-Ⅳ期)(P<0.05)显著相关。在不同组织学类型的肺腺癌中,PLK1过表达常见于胶样腺癌(87.5%)、浸润性黏液腺癌(86.7%)和实体型腺癌(81.1%),在其他类型的肺腺癌中表达较低(P<0.01)。PLK1过表达在泌黏液型腺癌(73.1%)中发生率显著高于非泌黏液型腺癌(57.5%)(P<0.05)。3.PLK1过表达与KRAS突变、p53表达存在显著相关性(P<0.01),与TTF1表达、EGFR突变和EML4-ALK融合基因无显著相关性(P>0.05)。79%(98/124)的三阴性肺腺癌呈PLK1过表达,与非三阴性肺腺癌比较存在显著性差异(P<0.01)。4.PLK1过表达的患者总生存率(OS)显著低于PLK1不/低表达的患者(P<0.01),三阴性肺腺癌中,PLK1过表达者的总生存率(OS)也显著低于PLK1不/低表达者(P<0.05)。多因素分析显示临床分期是肺腺癌最重要的预后因素(HR=2.874,P<0.001),PLK1过表达可作为肺腺癌的独立预后因素(HR=2.235,P<0.01)。5.PLK1小分子抑制剂Poloxin对不同分子改变的肺腺癌细胞株的生物学性状均产生显著影响,其中对A549和H1563的影响较H1975显著。表现为细胞增殖能力的显著降低(P<0.01),周期分布G2期细胞比率(P<0.05)和凋亡指数(P<0.05)的显著增加,侵袭能力的显著降低(P<0.05)以及PLK1蛋白表达水平的显著降低(P<0.01)。结论:1.肺腺癌存在显著的基因组表达谱异常,EGFR突变型、KRAS突变型与三阴性肺腺癌的基因组表达谱存在明显的差异,该研究发现为进一步探讨不同分子改变的肺腺癌的发病机制,以及筛查个体化治疗靶点奠定了实验基础。2.PLK1过表达的肺腺癌具有明显的临床病理特征:常见于吸烟患者,组织学特征常表现为富于细胞内/外黏液的腺癌,多为高临床分期(Ⅲ-Ⅳ期),常表达p53,常见于KRAS突变和三阴性肺腺癌,预后较差。PLK1过表达在部分肺腺癌的发病和进展过程中可能发挥重要作用,对于PLK1过表达的患者临床应密切随访并建议采取更积极的治疗措施。3.体外实验显示PLK1特异性抑制剂Poloxin对肺腺癌细胞株有明显的抑制作用,但不同细胞株的敏感性存在明显差异,进一步证实PLK1可以作为KRAS突变和三阴性肺腺癌潜在的个体化治疗靶点。