周婷婷,翁一如,叶恭杰
甲状腺癌(thyroid carcinoma,TC)是最常见的内分泌恶性肿瘤,占每年新诊断癌症的3.4%[1]。而高分化甲状腺癌(highly differentiated thyroid cancer,WDTC)又占TC 病例的大部分[2]。手术切除是大多数TC 患者的标准治疗方法。低风险WDTC 患者可单纯通过手术治疗,而高风险WDTC 患者可能需要结合抑制促甲状腺素(thyroid stimulating hormone,TSH)和放射碘治疗(radioiodine therapy,RAI)[3]。目前晚期TC 患者生存期较差,表明缺乏有效的治疗策略。因此,寻找优质的生物标志物对TC 的诊疗具有重要意义。
层粘连蛋白B 受体(lamin B receptor,LBR)基因编码的蛋白属于甾醇还原酶基因4/甾醇还原酶基因24(sterol reductase 4/sterol reductase 24,ERG4/ERG24)家族,定位于核膜内,它可能介导与染色质和层蛋白B 之间的相互作用,影响骨骼发育[4]。研究表明LBR在细胞分裂、分化和增殖中具有重要意义,且参与DNA复制、细胞周期进程和基因沉默过程[5]。尽管LBR在基因转录调控方面具有强大功能,但其在肿瘤中的作用机制尚不明确。本研究拟通过癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas,TCGA)数据库对比LBR 在TC 与癌旁的表达,分析LBR 表达与亚型之间的关系,并明确甲基化调控LBR 表达以及与免疫浸润的关系,探究LBR 与TP53 之间的表达关系,现报道如下。
1.1 一般资料 选择来源于TCGA数据库的RNAseq 数据,利用DNA 甲基化交互式可视化数据库(DNA methylation interactive visualization database,DNMIVD)网站进行甲基化分析;
在时代2.0(Timer2.0)网站进行免疫浸润分析。
细胞与试剂:人甲状腺癌乳状细胞(BcPAP)细胞系购自普诺赛生物科技公司,抗体Anti-Lamin B Receptor/LBR antibody [E398L](货号:ab32535,Abcam)、p53(1C12)Mouse mAb(货号:2524,CST),辣根过氧化物酶(HRP)标记羊抗鼠(货号:SA00001-1,PTG)、HRP 标记羊抗兔(货号:SA00001-2,PTG)、4’,6-二脒基-2-苯基吲哚二盐酸盐(DAPI)溶液(货号:28718-90-3,索莱宝)、二氨基联苯胺(DAB)显色试剂盒(20x)(货号:DA1010,索莱宝)、荧光素5-异硫氰酸酯(FITC)标记羊抗鼠(货号:SA00003-1,PTG)、花青靛染3(CY3)标记羊抗鼠(货号:SA00009-2,PTG)。免疫组化:选取一对高分化II 型TC 与癌旁组织进行免疫组化实验。本研究经宁波市医疗中心李惠利医院医学伦理委员会批准。
1.2 方法
1.2.1 数据获取 应用R 包“TCGA-biolinks”下载和读取TCGA RNA-seq数据,提取“每千个碱基的转录每百万映射读取的转录本数(TPM)”测序数据,临床信息包括亚型、治疗及生存等,形成表达矩阵;
R版本:R version 4.2.2。
1.2.2 差异分析和相关性分析 读取上述获得基因表达矩阵,并进行癌与癌旁分组,加载“DESeq2”包,构建DESeq2 所需的DESeqDataSet 对象,过滤掉低表达的基因;
使用DESeq 进行差异表达分析,并使用ggplot 提取、分析LBR 基因表达差异并作图。
1.2.3 受试者操作特征曲线(ROC)分析 使用pROC 和ggplot2 包在R 语言中绘制ROC 曲线。
1.2.4 甲基化分析 利用DNMIVD(http://119.3.41.228/dnmivd/index/)网站,以关键词:LBR;
thyroid carcinoma进行分析,通过皮尔逊(Pearson)相关性分析并做图。
1.2.5 免疫浸润分析 免疫浸润分析在Timer2.0 网站(http://timer.cistrome.org/)进行,进入免疫评估模块,以输入基因:LBR;
免疫亚群,进行LBR 基因表达与免疫各亚群的相关性分析,筛选相关性系数r>0.4 的免疫亚群进行展示。
1.2.6 免疫荧光 将BcPAP 细胞铺入细胞爬片中培养2 d 后,使用多聚甲醛固定,用磷酸缓冲盐溶液(PBS)洗,使用Triton X-100 破膜、牛血清白蛋白(BSA)封闭,一抗过夜,FITC 或CY3 标记的二抗孵育,DAPI 染色,显微镜获取图片。
1.2.7 免疫组化 将高分化II 型TC 与癌旁组织放入4%的甲醛中固定1 周,取出放入正丁醇中脱水处理,并经石蜡包埋处理,制作石蜡切片。在55 ℃的恒温箱中烤片30 min,把切片放入脱蜡液中,依次用脱蜡液、无水乙醇处理,并用流水冲洗,完成脱蜡和水化;
把切片放入3%双氧水中,孵育5 ~10 min,并用流水清洗,致使内源性过氧化物酶灭活;
使用微波炉加热,进行抗原修复,高火2 min,两次;
使用5%的山羊血清室温封闭30 min;
4 ℃孵育一抗LBR 抗体、TP53 抗体过夜;
用PBS洗3 次;
二抗孵育室温1h;
用PBS 洗3 次后,DAB 溶液显色30 s,洗去DAB 工作液,使用苏木素进行复染,用流水清洗,将切片置于无水乙醇中浸泡10 s,高温干燥;
加入中性树脂封片。
1.3 统计方法 采用SPSS 25.0统计软件进行分析,使用配对t 检验分析TC 与癌旁组织的LBR 表达差异,LBR 与TP53 共表达的相关性采用线性分析,LBR 表达的检验效能分析采用ROC 曲线分析。P<0.05 表示差异有统计学意义。
2.1 LBR 基因在甲状腺癌中的表达 RNA-seq 数据来源于TCGA 数据库,其中TC 患者571 例,癌旁组织59 例,结果显示LBR 在TC 中低表达(P <0.05),见封三图1;
LBR 在TC 中低于癌旁(P <0.05),见封三图2;
LBR 在经典型PTC 中高于滤泡型,癌旁高于PTC任何亚型(均P <0.05),见封三图3。ROC 曲线分析结果显示LBR 在TC 诊断中有较好的诊断效果(AUC=0.80,95%CI:0.74 ~0.86)。
图1 LBR在TC中的表达
图2 LBR在TC与癌旁组织中的表达比较
图3 LBR在各个TC亚型中的表达
2.2 LBR低表达与高甲基化的相关性 LBR启动子区的甲基化检测发现位点cg02825765、cg24834199 甲基化水平与LBR表达均呈负相关(r=-0.27、-0.03,均P <0.05),见图1。LBR 表达与嗜酸性粒细胞、辅助型T 细胞及中央记忆型T 细胞浸润均呈正相关(r=0.45、0.53、0.41,均P <0.05),见图2。
图1 LBR 与甲基化的相关性
图2 LBR 与免疫浸润的相关性
2.3 LBR低表达与TP53 相关并存在共定位情况免疫荧光检测发现LBR 与TP53 在细胞核中共定位,见图3;
免疫组化检测显示TP53、LBR 在肿瘤中均低表达,见图4;
此外,相关性分析发现LBR 与TP53 呈正相关(r=0.47,P <0.05),见图5。
图3 免疫荧光图(标尺=100 m)
图4 甲状腺癌免疫组化图(DAPI 染色,×400)
图5 LBR 表达与TP53 的相关性
TP53 是一种抑癌因子,在细胞周期、DNA 修复和凋亡中具有多方面的调节功能[6]。失活的TP53 突变已在约50%的人类癌症中被鉴定[7]。这些突变不仅在肿瘤进展中很重要,而且对一些肿瘤的化疗和放疗反应也很重要[8]。TP53 突变见于14%的恶性甲状腺肿瘤,在低分化和间变性肿瘤中更常见。此外,辐射相关TC 的TP53 突变率(15.4%)与自发性肿瘤相似,尽管在两组肿瘤中突变的残基存在非常显著的异质性[9]。在辐射相关TC 中突变的残基均未涉及CpG 脱氨。根据TP53 超变异性的证据,TC 似乎表现出显著的基因组不稳定性。本研究发现TP53表达、定位与LBR 相关;
然而,两者的调控关系需要后序实验证明。
以往研究表明,LBR 表达与组织分化和发育有关,Solovei 等[10]发现在小鼠模型中,LBR 的表达下调导致核外周异染色质的缺失。部分研究报道LBR选择性与异染色质或Lamin B TUDOR 结构域相互作用,诱导染色质压缩和抑制转录。染色质致密化可通过与特定组蛋白修饰标记的染色质区域结合,如二甲基化的Lys 20 组蛋白H4(H4K20me2)而介导。虽然压缩本身会导致转录抑制,但LBR 也会招募转录抑制因子,如HP1 等。另一方面,异染色质的形态和定位是调控肿瘤发生、发展的关键因素,Zhu 等[11]研究发现BRCA1 蛋白具有促进泛素化修饰的组蛋白H2A 在臂间异染色质区域富集的作用,BRCA1缺失导致异染色质的异位,并导致卫星DNA转录激活,DNA 断裂等基因组失稳表型,而LBR 低表达是否与甲状腺基因组稳定以及发生有关有待研究。此外,Tiago 等[12]发现在小热休克蛋白HSPB3 可以通过结合LBR 并抑制其在核膜的定位,增加肌生成。而肌生成相关基因表达如SYNPO2、MYH2 与肿瘤抑制有关[13],这提示LBR 低表达可能与低分化TC 的发生及发展有关。
利益冲突 所有作者声明无利益冲突
作者贡献声明 周婷婷:实验操作、论文撰写;
翁一如:数据整理、统计学分析;
叶恭杰:研究指导、论文修改、经费支持