2. 深圳市罗湖区人民医院中医科 深圳 518001;
3. 深圳市罗湖区人民医院肿瘤科 深圳 518001;
4. 上海中医药大学基础医学院内经教研室 上海 201203
2. Department of Traditional Chinese Medicine, Luohu People's Hospital, Shenzhen 518001, Guangdong Province, China;
3. Department of Oncology, Luohu People's Hospital, Shenzhen 518001, Guangdong Province, China;
4. Department of Neijing, School of Basic Medical Science, Shanghai University of Traditional Chinese Medicine, Shanghai 201203, China
近年的流行病学统计结果显示, 无论是在发达国家还是在发展中国家的发达地区, 肺癌已成为发病率和死亡率最高的恶性肿瘤[1-2], 其中非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer, NSCLC)是最常见的类型, 约占80%~85%[3]。肺癌起病隐匿, 难以早期诊断, 往往确诊时已处于晚期, 5年生存率极低。除了常规的手术、放疗、化疗以外, 分子靶向治疗越来越受到关注。
Ⅳ型胶原蛋白α3(collagen type Ⅳ alpha 3, COL4A3)属于Ⅳ型胶原蛋白家族, 该基因与肾脏疾病和多种肿瘤密切相关。COL4A3基因位于人染色体2q36-q37上, 含有52个外显子, 编码产物为8 114 bp的mRNA和162 000的蛋白质[4]。COL4A3的分布仅限于具有组织特异性的基底膜, 如肾小球基底膜、耳蜗基底膜、前晶状体囊的眼基底膜、Descemet膜、卵巢和睾丸基底膜, 以及肺泡毛细血管基底膜[5]。2000年, 人类COL4A3的NC1结构域被制成重组蛋白, 命名为“tumstatin”, 可抑制毛细血管内皮细胞的增殖和血管形成, 并诱导内皮细胞特异性凋亡[6], 还可抑制小鼠异种移植模型中人肾细胞癌和前列腺癌的生长[7]。Ⅳ型胶原蛋白具有细胞黏附功能, 参与乳腺癌[8]、胃癌[9]、肺癌[10]、急性骨髓性白血病、胰腺导管腺癌、卵巢癌[11]、肝癌[12]、膀胱癌[13]等多种不同肿瘤的侵袭和转移。在肾脏肿瘤中, COL4A3基因持续高表达可诱导间充质干细胞参与肿瘤基质重塑, 加速肿瘤发展进程。在分化良好的肺肿瘤中, 其肿瘤簇周围也可检测到COL4A3高表达[14]。本研究旨在探讨血清COL4A3蛋白表达与NSCLC患者临床病理及预后的相关性, 其对NSCLC细胞生长、侵袭及转移的作用, 可否作为NSCLC患者预后不良的独立标志物, 以期为肺癌精准治疗提供依据。
资料和方法研究对象 收集2005年至2017年就诊于深圳市罗湖区人民医院和罗湖区中医院的NSCLC患者, 共计90例, 其中男性60例, 女性30例, 年龄31~86岁, 平均55岁。纳入标准:(1)符合美国国立综合癌症网络(National Comprehensive Cancer Network, NCCN) NSCLC治疗指南(2017年第2版)中的诊断标准, 以及肿瘤-淋巴结-转移(tumor-node-metastasis, TNM)分期; (2)至少有1个明确可测量的病灶(10 mm); (3) Karnofsky (KPS)≥60分, 预计生存期≥3个月; (4)受试者签署知情同意书。排除标准:不符合上述纳入标准的肺癌患者; 妊娠期或哺乳期患者; 合并有心血管、肾和造血、免疫系统等严重原发性疾病、精神病等影响疗效与安全性判断的患者; 失访病例。另择58名健康人作为对照组。
标本采集与检测 采集患者空腹晨血3 mL, 离心后使用COL4A3 ELISA试剂盒(美国Aviva Systems Biology公司), 参照说明书进行检测。
细胞培养 A549细胞购自中国科学院上海细胞库, 采用DMEM培养基(美国Gibco公司), 含有100 U/mL青霉素-链霉素(美国Hyclone公司)和10%胎牛血清(美国Gibco公司), 在37 ℃、5%CO2中培养。
MTT法检测细胞增殖 将A549细胞消化后以3 000个/孔的密度接种于96孔板。贴壁过夜后吸去原有培养液, 加入含不同浓度COL4A3 (5和10 μg/mL)的完全培养液。分别在干预1、3、5、7天后加入MTT试剂。置于37 ℃孵育4 h, 弃去上清, 每孔加入150 μL二甲亚砜(DMSO)溶解甲瓒颗粒, 使用酶标仪检测490 nm处吸光度(D)。
Transwell实验 使用8 μm Transwell过滤器(美国BD公司)测定纤维蛋白原(美国Sigma公司)对细胞迁移和侵袭的影响。将含/不含Matrigel(美国BD公司)涂布的膜放置于上室, 然后将0.5 μL无血清DMEM培养基中的A549细胞(3×104)加入其中。对处理组COL4A3(5和10 μg/mL)进行相同操作。下室填充500 μL含有10%胎牛血清的基础培养基。在37 ℃、5%CO2培养箱中孵育24 h后, 迁移至下部隔室的细胞用甲醇固定, 并用结晶紫染色。在每孔随机选择的区域内以100×放大率进行成像和细胞计数。
克隆形成实验 A549细胞消化后以500个/孔接种于6孔板。贴壁过夜后吸去培养液, 加入含不同浓度COL4A3(5和10 μg/mL)的完全培养液。培养7天后, 使用4%多聚甲醛室温固定30 min, 加入结晶紫染料染色20 min。清洗后于倒置显微镜下观察克隆形成数目, 并拍摄显微成像图像。
统计学处理 使用SPSS 20.0软件统计分析数据, Mann-Whitney U检验统计分析血清COL4A3水平与患者临床病理特征的关系, Kaplan-Meier分析血清COL4A3水平与患者生存期的关系, ROC曲线分析血清COL4A3水平预测NSCLC患者肿瘤转移的敏感性与特异性。P < 0.05为差异有统计学意义, P < 0.01为差异有显著统计学意义。
结果血清COL4A3水平与NSCLC患者临床病理特征的关系 90名NSCLC患者的血清COL4A3水平为(4.21±1.14) μg/L。对照组血清COL4A3水平为(2.75±0.64) μg/L, 患者与健康人的血清COL4A3水平差异有显著统计学意义(P < 0.001)。评估NSCLC患者的临床病理特征:性别、年龄、吸烟、组织学类型、肿瘤大小、病理分级、淋巴转移、癌症阶段及血清COL4A3水平。血清COL4A3水平与临床病理参数的相关性参见表 1, 其中性别、年龄、吸烟、肿瘤大小、病理分级、淋巴转移及临床分期的比较采用独立样本t检验, 而组织学类型的比较采用单向ANOVA检验。血清COL4A3水平与NSCLC患者的性别、年龄、吸烟、肿瘤大小、病理分级及组织学类型均无关; 而与淋巴结转移(P=0.002)和临床分期(P=0.001)相关。
(x±s) | |||
Variable | Case (n) | COL4A3 (μg/L) |
P |
Sex | |||
Male | 60 | 4.32±1.12 | 0.182 |
Famale | 30 | 4.12±0.89 | |
Age (y) | |||
> 60 | 59 | 4.21±0.98 | 0.807 |
≤60 | 31 | 4.25±1.21 | |
Smoking status | |||
Yes | 66 | 4.13±1.21 | 0.204 |
No | 24 | 4.32±0.87 | |
Histological type | |||
Squmous | 56 | 4.34±1.32 | 0.365 |
Adenocarcinoma | 34 | 4.18±1.03 | |
Tumor size (cm) | |||
≤3 | 41 | 4.23±1.23 | 0.652 |
> 3 | 49 | 4.31±1.15 | |
Histological grade | |||
Ⅰ | 20 | 3.95±1.23 | 0.243 |
Ⅱ | 42 | 4.17±1.32 | |
Ⅲ | 28 | 4.38±1.43 | |
Lymph node metastasis | |||
Absent | 62 | 3.88±1.16 | 0.002 |
Present | 28 | 4.45±0.96 | |
Clinical stages | |||
Ⅰ/Ⅱ | 35 | 3.92±0.98 | 0.001 |
Ⅲ/Ⅳ | 55 | 4.36±1.14 |
血清COL4A3预测NSCLC患者肿瘤转移及其对生存时间的影响 从NSCLC患者血清COL4A3的ROC曲线分析中的最佳截断值预测患者肿瘤转移的敏感性(图 1)。当血清COL4A3为4.13 μg/L时, 敏感性为76.2%, 特异性为65.4%, AUC为0.731 (P < 0.001, 95%CI:0.673~0.837), 对患者临床分期具有潜在的预测价值(图 1A)。在90例NSCLC患者中, 中位血清COL4A3水平为4.13 μg/L, COL4A3高表达与COL4A3低表达的患者相比, 生存期差异有统计学意义(P=0.021), 低表达患者的存活时间更长(图 1B)。
单/多因素分析CO1L4A3与肺癌预后相关的因素 单因素分析结果显示, 患者OS与肿瘤大小、病理组织分级、淋巴结转移、临床分期以及血清COL4A3水平密切相关; 多因素分析结果显示, 患者淋巴结转移情况、临床分期以及血清COL4A3水平与肺癌预后密切相关(P < 0.05, 表 2)。提示血清COL4A3水平可能是肺癌患者OS的独立预测因子。
Variables | Univariate P | HR (95%CI) | Multivariate P | HR (95%CI) |
Sex | 0.69 | 1.23 (0.32-2.25) | - | - |
Age | 0.15 | 2.65 (0.37-2.78) | - | - |
Smoking status | 0.53 | 0.72 (0.47-1.78) | - | - |
Histological type | 0.81 | 1.16 (0.26-5.34) | - | - |
Tumor size | 0.015 | 3.87 (2.31-7.87) | 0.122 | 3.4 (0.91-8.45) |
Histological grade | 0.042 | 1.25 (0.85-1.87) | 0.232 | 1.21 (0.77-1.83) |
Lymph node metastasis | 0.015 | 0.77 (0.11-1.66) | 0.032 | 1.45 (0.15-3.45) |
Clinical stage | < 0.01 | 0.06 (0.02-0.31) | < 0.01 | 0.15 (0.08-0.32) |
Plasma COL4A3 level | < 0.01 | 1.51 (1.13-2.24) | 0.012 | 1.51 (1.16-2.44) |
COL4A3促进NSCLC细胞增殖和转移 血清COL4A3高表达与NSCLC患者不良预后的相关性较强。用MTT实验检测人NSCLC细胞株A549的增殖情况, 发现低浓度COL4A3(5 μg/mL)可促进细胞增殖, 高浓度COL4A3(10 μg/mL)促进细胞增殖的作用更强(图 2A)。克隆形成实验结果显示, COL4A3对A549细胞增殖的促进作用呈浓度依赖性, 即浓度越高促进作用越明显(图 2B)。Transwell实验发现, COL4A3对A549细胞转移的抑制作用有明显的浓度依赖趋势(图 2C)。
讨论COL4A3基因高表达与多种疾病相关, 如Alport综合征、节段性肾小球硬化、2型糖尿病、高原红细胞增多症及阿尔兹海默症等, 其也是多种肿瘤发生发展的风险基因[15-17]。COL4A3属于Ⅳ型胶原蛋白家族成员, Ⅳ型胶原蛋白在细胞外基质-基底膜(basal membrane, BM)的形成和维持中发挥重要作用, 是构成BM的主要成分和骨架。当肿瘤细胞发生转移时必须穿透上皮细胞BM以及围绕血管的BM, 故肿瘤细胞分泌的Ⅳ型胶原蛋白酶可溶解Ⅳ型胶原蛋白, 是肿瘤细胞侵袭和转移的重要环节[18]。COL4A3作为Ⅳ型胶原蛋白家族成员, 其过度表达被认为与多种恶性肿瘤的转移、侵袭密切相关[19-20]。在肾癌、乳腺癌、胃癌等肿瘤患者血清中可检测出COL4A3高表达, 其与肿瘤大小、淋巴管侵袭、静脉侵袭和TNM分期等肿瘤进展的指标呈现正相关[21-23]。在使用顺铂和吉西他滨化疗的NSCLC患者中, COL4A3低表达患者的中位OS明显高于COL4A3高表达患者[24]。但是COL4A3影响NSCLC肿瘤进程的具体机制目前尚无报道, 其可否成为NSCLC的诊断标志物有待进一步研究。
本研究临床数据显示健康人与NSCLC患者血清COL4A3存在显著差异, NSCLC患者血清COL4A3表达水平明显增高, 高表达组(>4.13 μg/L)的OS明显低于低表达组(< 4.13 μg/L)(P < 0.05)。在NSCLC患者的临床病理特征中, 淋巴结转移和临床分期都与COL4A3表达密切相关:淋巴结转移患者血清COL4A3水平明显高于无转移患者(P < 0.05), 临床分期Ⅰ、Ⅱ期患者血清COL4A3水平明显低于Ⅲ、Ⅳ期患者(P < 0.05)。说明COL4A3的表达水平与NSCLC患者肿瘤进展程度呈正相关。单、多因素分析NSCLC预后相关因素的结果发现, COL4A3水平与NSCLC预后密切相关, 提示血清COL4A3高表达的NSCLC患者可能预后不良。COL4A3高表达可加快NSCLC发展进程。实验室研究发现, COL4A3可明显促进NSCLC细胞生长、增殖, 并呈浓度依赖趋势; COL4A3可明显提高NSCLC细胞的侵袭性, 增强其转移能力, 具有浓度依赖倾向, 初步揭示COL4A3高表达可促进NSCLC细胞增殖、侵袭转移。
虽然COL4A3基因在Alport综合征等疾病中报道颇多, 但其在肿瘤尤其在肺癌中的报道并不深入。目前肺癌治疗仍以铂类化疗药为主[25], 因其严重的不良反应和耐药性成为提高疗效的瓶颈, 肿瘤的精准疗法已成为研究热点[26-27]。血清COL4A3水平与NSCLC进展密切相关, 可能是一种NSCLC患者预后不良的独立标志物。COL4A3能显著促进肺癌细胞的增殖和转移, 有望成为NSCLC治疗的新靶点, 其具体的分子作用机制有待进一步明确。
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