CT基因PIWIL1在肺癌中异常表达及分子机制研究

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恶性肿瘤是严重影响人类健康的一类疾病,肺癌更是全球范围内最常见的恶性肿瘤之一。2012年全球肺癌的新发病例约180万人,死亡约160万人,分别占全球癌症新发和死亡病例的13%和19%,其中男性明显高于女性。近年来,我国的肺癌的发病率也逐年上升,2012年我国男性肺癌的发病率和死亡率分别为45.9/10万和42.2/10万,而女性则分别为19.3/10万和17.5/10万,均高于世界平均水平。现阶段研究证实烟草暴露是肺癌最主要的环境危险因素。中国是烟草的生产和消费大国,全世界约30%的烟草由中国生产。据WHO估计,中国在2025年因肺癌去世的人数将达到100万人。肺癌类型较多,基于肺癌的生物学特征、治疗和预后等方面的差异,主要将其分为两大类:非小细胞肺癌(Non-small cell lung cancer,NSCLC)和小细胞肺癌(Small cell lung cancer,SCLC)。其中非小细胞肺癌更为常见,占所有肺癌病例的85%以上,非小细胞肺癌又可分为非鳞状细胞癌(包括腺癌、大细胞癌和其他细胞类型)和鳞状细胞癌(表皮样)癌,其中又以非鳞状细胞癌中的腺癌最为常见,也是非吸烟患者中发病率最高的病理类型。治疗肺癌一般有3种常规手段,即手术治疗、放射治疗和化学治疗。近年来,也陆续出现一些特异的分子靶向治疗的药物,可用于部分不能手术切除的、晚期、复发或者转移的NSCLC患者。  癌/睾丸蛋白质(Cancer/Testis protein,CT protein)是一类在睾丸中优势表达,且可以在癌症组织中异常激活的一类蛋白。自1991年Van der Bruggen等从黑色素瘤细胞中分离鉴定了第一个CT蛋白----黑色素瘤相关抗原1(MAGE1)以来,它们就被认为是重要的候选肿瘤治疗疫苗,其治疗作用已在不同阶段的临床试验中有所体现,并且未见明显副反应,所以既往大多数研究的焦点主要集中在CT基因在肿瘤免疫治疗中的作用。然而,CT基因的表达特性决定了这类基因不仅可用于肿瘤的免疫治疗,还可在靶向治疗中发挥作用。肿瘤靶向治疗中CT的作用也逐渐受到重视,肿瘤的靶向治疗也是过去几十年来癌症研究的重大进展之一。现阶段已有约250个CT基因或基因家族被鉴定出来,收录于CT数据库。CT基因在肿瘤中的表达存在异质性,约在40%的恶性肿瘤中有不同程度的异常表达,并且在同一种癌症的不同亚型中,表达也可能出现差异,提示其可能参与部分特定癌症或其亚型的发生发展。研究显示CT基因参与细胞增殖、凋亡和迁移等过程,与癌症的侵袭、转移及预后密切相关,影响癌细胞对抗癌药物的拮抗等生物学特征。因此,CT基因可能在细胞癌变和肿瘤转移等多个方面发挥作用。PIWIL1基因最早在睾丸cDNA文库中被鉴定出来,提示其有着影响哺乳动物精子发生的潜在功能。PIWIL1除了在睾丸中有较高的表达,具有干细胞自我更新能力以外,在多种恶性实体肿瘤中都有表达,比如乳腺癌、结直肠癌和食管癌等。另有研究显示PIWIL1的表达与多种肿瘤的分型、分期和预后有关,并在肿瘤发生发展过程中发挥着重要的作用。在肺癌干细胞中沉默PIWIL1的表达后,可以降低细胞增殖能力和促进细胞凋亡;在裸鼠皮下瘤中注射PIWIL1相关的shRNA后,肿瘤生长受限,肿瘤体积明显小于对照组,且在多种肿瘤的研究中都得到证实。以往的研究还显示Piwi蛋白家族成员能够影响miRNA系统发挥作用,在一定程度上影响肿瘤的发生发展。  目前,对于PIWIL1在肺癌发生发展中所发挥的作用尚不明确。本研究发现,PIWIL1在正常组织中表现出睾丸优势表达的特征。在肺癌病例中也有表达,在肺腺癌和肺鳞癌中表达比例分别为33.5%和23.5%;对肺腺癌和肺鳞癌进行分组比较,发现PIWIL1在肺腺癌中表达明显高于肺鳞癌,且差异有统计学意义;进一步对肺癌病例的年龄、性别、吸烟和TNM分期进行分组比较,发现在这些分组中,PIWIL1的表达水平均没有统计学差异。本研究还分别在肺腺癌病例和肺鳞癌病例中分析PIWIL1表达水平与该基因DNA序列前2kb的启动子区域的甲基化水平的关系,相关性分析结果显示,在PIWIL1表达高的病例中甲基化水平低,且肺腺癌和肺鳞癌中结果一致。用BSP方法验证结果也显示在PIWIL1高表达的样本中甲基化水平要较低。通过分析高表达PIWIL1的肺癌组织和不表达的癌旁组织中miRNA的表达水平,发现在两对样本中同时上调的miRNA有44个,下调12个,且上调和下调的top10的miRNA均有研究显示与肿瘤相关。细胞实验进一步探讨了PIWIL1的表达在肺癌的发生发展过程中的功能学作用。利用慢病毒包装的PIWIL1载体GV358-PIWIL1+转染A549(A549-PIWIL1+)和小干扰RNA(siPIWIL1)转染H1299(H1299-siPIWIL1),分别上调和下调肺癌细胞中PIWIL1的表达,CCK8和EdU细胞增殖实验结果显示细胞内PIWIL1表达高,细胞增殖能力强;平板克隆形成实验结果也显示PIWIL1表达高,细胞增殖能力强;检测PIWIL1表达对肺癌细胞转移表型的影响,在Transwell小室实验中发现,PIWIL1高表达使A549侵袭和转移能力增强,而在PIWIL1表达下调的H1299中,细胞的侵袭和转移能力减弱。  本研究通过获取公共数据库中的数据信息,分析PIWIL1在乳腺癌、膀胱癌、肾癌以及头颈部癌中的表达以及与甲基化水平的关系,进一步证实PIWIL1在癌症中所发挥的作用。结果显示PIWIL1在19.7%的乳腺癌,24.7%的膀胱癌,60.3%的肾癌和38.5%的头颈部肿瘤中有表达;进一步分析PIWIL1表达与甲基化水平的关系发现,在四种肿瘤中,PIWIL1表达高的病例中甲基化水平均较低,表达水平与甲基化水平呈现负相关,且存在统计学意义。PIWIL1表达与预后的结果显示,乳腺癌中PIWIL1表达的病例,其预后相对较差,而在其他肿瘤中尚未发现与预后的关联。
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