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目的:急性髓系白血病(acute myeloid leukemia,AML)是一种高度异质性的血液系统恶性肿瘤。复发是提高AML治疗效果的主要瓶颈,而体内残留的少量白血病细胞是复发的根源。微小残留病(minimal residual disease,MRD)监测不仅可以用于早期复发预警和疗效评估,还可用于指导患者个体化治疗。MRD检测已成为降低AML复发、提高疗效的关键环节之一。因此,筛选MRD相关预后关键基因,并阐明其在AML复发中的分子机制具有重要临床意义。本研究拟通过生物信息学的方法筛选出AML的MRD相关预后基因,建立预后风险模型,评估模型在预测AML患者预后中的价值。研究结果显示AKAP9是预后风险模型中关键基因之一。因此,我们进一步将AKAP9作为关注点,阐明AKAP9在AML中的表达及临床意义,通过体内外研究初步探讨AKAP9在AML复发和耐药中的可能机制,为AML的治疗提供新的潜在靶点。方法:(1)MRD相关预后基因的筛选和预后风险模型的构建通过TCGA和TARGET数据库官网下载AML患者基因表达谱数据和临床资料。首先根据MRD检测结果将TARGET数据库中AML患者分为阴性和阳性两组,采用edge R方法进行差异基因分析;接着对差异基因和患者生存预后的关系进行单因素Cox分析,筛选MRD相关预后基因;然后将获得的MRD相关独立预后基因纳入Cox比例风险回归模型,基于TARGET数据库构建AML预后相关风险模型,并采用Kaplan-Meier(K-M)生存曲线和受试者工作特征曲线(receiver operator characteristic curve,ROC)评估模型的预测性能,通过TCGA数据库中AML队列对模型性能进行验证;最后采用单因素和多因素Cox回归分析预后风险模型与临床病理因素的关系,探讨该模型是否为AML预后的独立危险因素。(2)AKAP9在AML中的表达及临床意义收集2017年1月至2019年4月兰州大学第一医院患者骨髓样本,其中实验组为AML患者110例,对照组为血液系统非肿瘤性疾病患者8例。采用密度梯度离心法分离骨髓样本中单个核细胞,按照TRIzol法提取细胞总RNA并逆转录为c DNA,然后采用RT-PCR方法检测AML和对照组患者AKAP9的表达量。分析AML与血液系统非肿瘤性疾病患者之间AKAP9表达水平的差异以及AKAP9表达与危险度分层间的关系。其次,通过GEO数据库GSE2191数据集、GEPIA数据库和R2数据库等多个AML数据集分析AML患者和正常骨髓单个核细胞AKAP9的表达差异。最后以TARGET数据库285例初诊初治AML患者为研究对象,采用K-M曲线法分析AKAP9表达与预后的关系,通过单因素和多因素Cox分析AKAP9表达是否为AML患者总生存期(overall survival,OS)和无事件生存期(event free survival,EFS)的独立危险因素。(3)AKAP9对AML细胞生物学功能的影响及机制首先采用慢病毒载体介导的sh RNA技术构建AKAP9沉默的AML细胞稳转株THP1和HL60;然后采用CCK8法检测AKAP9沉默对AML细胞增殖能力的影响,流式细胞术检测AKAP9沉默对AML细胞株凋亡和细胞周期的影响,Transwell法检测AKAP9沉默对AML细胞株迁移能力的影响,CCK8法检测AKAP9沉默对K562/ADM和HL60/ADM细胞株阿霉素耐药的影响;其次采用RT-PCR和Western Blot的方法检测AKAP9沉默对AML细胞株Wnt/β-catenin通路关键分子β-catenin以及干细胞标志ALDH1A1和CD133表达的影响。(4)小鼠体内实验验证AKAP9在AML中的作用机制通过腋下接种慢病毒感染的HL60细胞构建小鼠AML异种移植瘤模型,观察AKAP9沉默对移植瘤生长的影响,免疫组化和PCR法检测AKAP9沉默对Wnt/β-catenin通路及干细胞标志表达的影响。结果:(1)MRD相关预后基因的筛选和预后风险模型的构建通过差异基因和单因素Cox分析,筛选出MRD相关预后基因449个,其中预后不良相关基因有339个,预后良好的相关基因有110个。基于TARGET数据库,最终成功构建由AKAP9、MMP7、RAB3D、BICC1和TCF15等共5个基因组成的AML预后风险模型;按照风险评分模型将AML患者分为高风险组和低风险组,K-M生存分析结果显示高风险组AML患者总生存期显著低于低风险组(P<0.001)。ROC曲线分析结果显示预后风险模型评估在预测AML患者的OS方面敏感性和特异性高。通过TCGA数据库验证也显示该模型对AML患者预后具有较好的预测性能。进一步分析表明预后风险模型是AML预后不良的独立危险因素,可作为AML患者的独立预后预测因子。(2)AKAP9在AML中的表达及临床意义无论是初诊初治、复发还是完全缓解的AML患者,AKAP9表达水平均显著高于血液系统非肿瘤性疾病对照组,且其表达与预后危险度分级相关;AML患者AKAP9表达水平显著高于健康对照组;AKAP9高表达组AML患者的MRD阳性率显著高于AKAP9低表达组,而AKAP9高表达组患者的完全缓解(complete remission,CR)率显著低于AKAP9低表达组;AKAP9高表达组AML患者OS和EFS时间均显著短于低表达组。(3)AKAP9对AML细胞生物学功能的影响及机制AKAP9沉默后AML细胞株THP1和HL60增殖能力显著下降;AKAP9沉默不仅显著延长了AML细胞株G0/G1期,而且减少了G2/M期,但对S期无明显影响。AKAP9沉默后AML细胞株THP1和HL60的凋亡比例增加;AKAP9沉默细胞株与未干扰或阴性对照细胞株相比,Transwell膜上和下室细胞数量无显著差异;与K562/ADM细胞株或阴性对照组相比,AKAP9沉默后K562/ADM和HL60/ADM对ADM的IC50显著下降(P<0.05);AKAP9沉默抑制了THP1和HL60细胞中β-catenin、ALDH1A1和CD133蛋白的表达。(4)体内实验结果显示:AKAP9沉默在体内可降低Wnt/β-catenin通路关键蛋白β-catenin的表达,下调AML干性标志物CD133和ALDH1A1的表达,进而显著抑制AML移植瘤的生长。结论:(1)通过对TARGET数据库中AML患者MRD相关预后基因的筛选,构建了由5个基因组成的AML风险预测模型。该模型的敏感度和特异性较高且稳定性好,因此在预测AML预后和指导临床实践方面具有一定的应用价值。(2)AKAP9在AML患者中表达上调,且与预后危险度分级有关;AKAP9表达与AML患者治疗后MRD阳性率有关;AKAP9高表达与AML患者预后不良相关,是预后不良的独立危险因素。(3)AKAP9沉默可以抑制AML细胞增殖和细胞周期进程、促进凋亡,逆转K562/ADM和HL60/ADM细胞对阿霉素的耐药,对细胞迁移能力无影响。(4)AKAP9在AML中的作用机制可能与Wnt/β-catenin信号通路和AML干性转化有关。总之,AKAP9在AML的复发和耐药中起着重要作用,AKAP9可能会成为AML预后预测的重要指标和治疗的潜在靶点,但是研究结论需要进一步研究来验证。