PSMD12在肝癌中的作用及机制研究

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第一部分未分化型甲状腺癌中临床预后分析及分子诊断标记物筛查研究目的:甲状腺癌的发病率逐年增高,严重影响人类健康安全。未分化型甲状腺癌(ATC)是甲状腺癌中最少见但预后最差的病理类型。美国癌症联合委员会(AJCC)分期手册是评估甲状腺癌患者预后的通用工具。在第七版AJCC(AJCCv7)的基础上修订的第八版AJCC(AJCC-v8)分级系统增加了淋巴结状态作为ATC的分期标准。但是,目前淋巴结转移与ATC患者预后相关性仍然存在争议。此外,ATC的发病机制及特异性生物标志物仍然不明确。因此,本研究目的为首先探究淋巴结状态与ATC患者预后的关系并评估在AJCC-v8模型预后预测能力。同时,通过生物信息分析探究与ATC发生发展相关的分子机制,为寻找特异性生物标志物和治疗靶点提供依据。方法:使用SPSS统计软件(版本25)和R软件(R Foundation;版本3.6.3)进行统计分析。使用COX回归分析来确定ATC患者的淋巴结状态与生存之间的关联。采用一致性指数,赤池信息准则(AIC)和贝叶斯信息准则(BIC)反映模型预测性能。基于GEO数据库进行ATC发病机制探究,并利用在线网站工具DAVID对差异表达的基因进行功能富集分析和信号通路富集分析。同时在TCGA数据库中进行差异基因在其他类型肿瘤中的表达和预后分析。结果:基于SEER数据库的分析证明了淋巴结转移是ATC患者的独立预后因素(OS:HR 1.32,95%CI 1.03-1.68,P=0.028;CSS:HR 1.33,95%CI 1.03-1.71,P=0.028)。纳入淋巴结状态作为分期标准的AJCC-v8具有更加准确的预后预测能力与AJCC-v7相比,AJCC-v8的一致性指数更高(0.60 vs.0.59),AIC(2728 vs.2732)和BIC(2732 vs.2735)更低。此外,通过生物信息学手段对GEO数据库中的ATC患者癌组织及正常组织表达谱进行了差异分析筛选到98个差异基因。通过DAVID进行了差异基因的功能富集分析提示细胞分裂是ATC中最关键的生物进程,细胞粘附分子结合则是最关键的细胞组分,分泌颗粒膜是最关键的分子功能,EMC受体相互作用与NF-kappa B是ATC中最关键的信号通路。特别的,我们发现PSMD12作为ATC中的发生相关基因在除了甲状腺癌之外的多种恶性肿瘤中异常表达并与肝癌和肺癌的不良预后密切相关,提示该基因可能是多种癌症发病的关键基因,具有潜在的研究价值。结论:淋巴结转移是ATC患者生存不良的独立危险因素。与AJCC-v7相比,纳入了淋巴结状态作为分级标准的AJCC-v8对ATC患者预后预测性能更好。PSMD12基因或许在ATC发生机制中具有重要作用。同时,PSMD12与肺癌,肝癌等肿瘤患者的不良预后相关。展示出了其在相关肿瘤领域潜在的研究价值。第二部分PSMD12在肝癌中的作用及机制研究目的:肝癌是目前全球范围内第5大癌症类型,且发病率每年增加3.1%。随着科研进步和医疗手段的提升,肝癌患者的预后有所改善,但由于缺乏适用性强的生物标志物,肝癌的发现时间往往较晚,确诊时多数患者肿瘤分期较高。此外,由于缺乏有效的治疗靶点,肝癌患者治疗效果总体来说依然很差且死亡率较高。PSMD12是一种26S泛素蛋白酶体上的非ATP酶亚基,其功能已经在神经发生发育机制中有所研究。然而,目前我们对PSMD12在肿瘤相关进展中的功能仍然所知甚少。最新的研究发现,PSMD12在乳腺癌中具有抑制肿瘤细胞凋亡的作用,但在其他类型的肿瘤中仍然缺乏有关PSMD12功能的研究。驱动蛋白家族成员15(kinesin family member 15,KIF15)是一种N端和正向导向的马达,在双极纺锤体的形成中起关键作用,参与包括有丝分裂,减数分裂和大分子的运输等多种细胞生物学进程。KIF15在包括乳腺癌,胰腺癌及胶质瘤在内的多种恶性肿瘤组织中高表达。此外,KIF15被证明可以在多种肿瘤细胞中激活MEK-ERK信号通路并促进肿瘤细胞的恶性进展。我们的研究拟通过公共数据库分析和免疫组化确定PSMD12在肝癌中的表达情况,并分析其表达量与预后的关系,明确其是否具有作为肝癌预后标记物的潜在价值。另外,我们希望进一步研究PSMD12在肝癌细胞中可能具备的功能及相关分子机制,填补其在肿瘤邻域研究的空白并为相关靶向疗法的开发提供依据。方法:(1)通过对TCGA数据库中肝癌组织及癌旁组织转录组数据分析确定PSMD12在肝癌中的表达情况,结合患者生存信息分析PSMD12表达情况与预后的关系并纳入临床因素进行多变量COX回归分析,验证PSMD12是否为患者预后的独立因素。此外,对我院收集的肝癌标本进行免疫组化染色,判断PSMD12在癌组织和癌旁组织中的表达情况。(2)使用si RNA对肝癌细胞Hepg2与Huh7进行PSMD12蛋白的敲低,使用质粒进行PSMD12过表达。通过CCK8和克隆形成实验检测肿瘤细胞增殖,划痕实验和transwell检测肿瘤细胞迁移和侵袭性,研究PSMD12蛋白表达对肝癌细胞生物学功能的影响。(3)通过GSEA筛选出肝癌中与PSMD12表达量相关的富集信号通路(MAPK)。并分析PSMD12与通路中关键基因(MEK,ERK)表达量的关系。通过蛋白免疫印迹实验检测PSMD12敲低和过表达后相关通路基因的表达情况。(4)回复实验使用ERK通路抑制剂U0126处理细胞,观察过表达PSMD12的细胞中ERK通路抑制对细胞恶性表型的影响。(5)在TCGA数据库中分析肝癌PSMD12与KIF15的m RNA表达量相关性,并通过免疫组化验证。此外,在肝癌细胞中检测敲低或过表达PSMD12对KIF15蛋白表达量的影响。(6)分析TCGA数据库中KIF15在肝癌中的表达情况及其与预后的关系,并通过免疫组化验证。此外,在体外对肝癌细胞Hepg2和Huh7进行KIF15的敲低,检测相关肿瘤生物学表型及ERK通路激活情况。(7)回复实验通过对过表达PSMD12的肝癌细胞进行KIF15的蛋白敲低,从而验证PSMD12激活ERK通路及促进肿瘤进展的功能与KIF15有关。(8)使用慢病毒对Hepg2细胞的PSMD12进行稳定蛋白敲低,并在体内实验中使用稳定敲低PSMD12的Hepg2细胞和转染阴性对照(NC)的Hepg2细胞进行裸鼠皮下肿瘤移植,检测肿瘤生长速率并在取出肿瘤组织后通过免疫组化染色确定PSMD12与KIF15及KI67表达的相关性。结果:(1)通过对公共数据库中肝癌与癌旁组织的转录组数据进行分析,我们发现PSMD12在癌组织中表达量显著高于癌旁组织。对肝癌标本的免疫组化染色得出的结论与数据库分析结果一致。此外,我们发现高表达PSMD12与肝癌患者的不良预后相关,PSMD12高表达情况下患者总生存(OS)、无进展生存(PFS)、无复发生存(RFS)以及疾病特异性生存(DSS)时间均较低。此外,在合并HBV阳性的肝癌患者中同样发现,PSMD12的高表达与患者较低的OS及RFS密切相关。纳入包括年龄、性别、肿瘤分期在内的临床因素进行多变量COX分析后发现,PSMD12表达是肝癌患者的独立预后危险因素(HR=1.493,95%CI:1.018-2.191,P=0.04)。(2)对肝癌细胞Hepg2和Huh7进行PSMD12蛋白敲低和过表达,检测PSMD12表达对肝癌细胞生物学功能的影响,发现PSMD12可以促进肿瘤细胞的增殖迁移和侵袭性。(3)通过GSEA检测我们发现肝癌中PSMD12与MAPK通路的富集密切相关,分析PSMD12与MAPK通路中关键基因的表达量相关性我们发现PSMD12与MAPK1和MAP2K1的m RNA表达密切相关(其中MAPK1:R=0.66 p<0.001;MAP2K1:R=0.56 p<0.001)。使用蛋白免疫印迹实验检测PSMD12敲低细胞中MAPK通路激活情况我们发现,敲低PSMD12显著下调p-MEK和p-ERK蛋白表达量,但不影响MEK与ERK表达,在过表达PSMD12后观察到同样的通路激活趋势,说明PSMD12参与MEK-ERK通路的激活。(4)对过表达PSMD12的Hepg2与Huh7细胞进行ERK抑制剂U0126处理,发现U0126可以部分降低由PSMD12过表达所诱导的MEK-ERK通路的激活并抑制肝癌恶性表型增加。证明PSMD12是通过激活MEK-ERK通路促进肝癌细胞恶性进展。(5)分析TCGA数据库肝癌数据发现PSMD12与KIF15表达具有相关性(R=0.47 P<0.001),肝癌标本的免疫组化染色也显示出同样的趋势。另外,Hepg2与Huh7中敲低PSMD12可以显著下调KIF15的表达,并在过表达PSMD12的细胞中观察到了一致的趋势。而敲低KIF15则对PSMD12表达没有显著影响,证明KIF15是PSMD12的下游靶基因。(6)分析TCGA数据库肝癌数据发现KIF15在癌组织中表达显著高于癌旁组织且表达量与患者的不良预后正相关,在Hepg2和Huh7中敲低KIF15可以抑制肿瘤细胞的增殖、迁移、侵袭证明KIF15在肝癌中是一种促癌基因。此外,敲低KIF15可以下调肝癌细胞pMEK和p-ERK的表达,但不影响MEK与ERK的表达,证明KIF15在肝癌中具有促进ERK通路激活的作用。(7)最后,在过表达PSMD12的肝癌Hepg2与Huh7细胞中进行KIF15的敲低,我们观察到,敲低KIF15可以抑制由PSMD12过表达所诱导的ERK通路激活并降低肿瘤细胞的恶性表型,说明PSMD12是通过KIF15促进ERK通路的激活从而促进肿瘤细胞恶性表型进展。(8)体内实验中选择使用8只裸鼠进行皮下异种移植瘤模型的构建,其中四只注射稳定敲低PSMD12的Hepg2细胞另外四只注射转染NC的Hepg2细胞,培养四周后处死并解剖裸鼠取出肿瘤。我们观察到相比于转染NC的移植瘤,稳定敲低PSMD12的肿瘤体积明显较小,重量较轻。免疫组化染色发现,相比于转染NC的移植瘤组织,PSMD12敲低的移植瘤中KIF15及KI67的表达也较低。结论:我们研究证明了PSMD12是肝癌中一种新发现的癌基因,其表达与患者的不良预后正相关。在体外试验中发现PSMD12可以激活MEK-ERK通路并促进肝癌细胞的增殖、迁移、侵袭。特别的,我们发现KIF15在肝癌中高表达并可以激活肝癌细胞中的MEK-ERK通路从而促进癌细胞的恶性表型。此外我们通过数据库分析和免疫组化染色发现PSMD12表达与KIF15密切相关,并通过蛋白免疫印迹实验发现KIF15是PSMD12的下游靶基因。此外在肝癌细胞中敲低KIF15可以抑制由过表达PSMD12所激活的MEK-ERK通路,并回复肿瘤细胞相关恶性表型的增强。在体内实验中同样观察到敲低PSMD12可以显著下调Hepg2细胞裸鼠皮下移植瘤的生长速率。对移植瘤进行免疫组化染色后结果显示,PSMD12与KIF15及KI67表达成正相关。我们的研究说明PSMD12是通过KIF15促进ERK通路的激活从而促进肿瘤细胞恶性表型进展。
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