摘要
亚甲基四氢叶酸脱氢酶1(MTHFD1)在多种肿瘤中发挥重要作用。然而,MTHFD1在胰腺癌中的作用尚不明确。因此,本研究通过生物信息学分析及临床样本验证,探讨MTHFD1在胰腺癌中的表达及临床意义,同时对MTHFD1在胰腺癌中的可能作用机制进行分析。
使用GEPIA2在线平台对TCGA胰腺癌数据进行MTHFD1的差异表达分析、生存分析以及病理分期分析,分析MTHFD1表达与胰腺癌患者临床病理特征的关系;Cox比例风险模型进行TCGA数据单因素与多因素分析。通过GO、KEGG和GSEA分析预测MTHFD1在胰腺癌中可能的机制。用免疫组化法、qRT-PCR和Western blot检测80例胰腺癌和癌旁组织中MTHFD1的表达情况,并分析其表达与临床病理特征的关系。
在TCGA数据库中,胰腺癌组织中的MTHFD1表达量明显高于正常组织(P<0.05);MTHFD1在胰腺癌中高表达患者与不良预后明显相关(P=0.007);TCGA数据显示MTHFD1的表达与肿瘤分期密切相关(P<0.05);MTHFD1的表达是胰腺癌患者预后的独立影响因素(HR=1.777,P=0.01)。GO分析、KEGG分析和GSEA分析显示MTHFD1与细胞周期有关,相关性热图表明,MTHFD1基因与细胞周期具有高度相关性。TIMER数据库中,MTHFD1表达水平与B细胞、CD
关键词
胰腺癌是临床常见的消化道恶性肿瘤之一,胰腺癌患者总体5年存活率仅约12
亚甲基四氢叶酸脱氢酶1(MTHFD1)定位于14号染色体长臂2区4带(14q24),催化935个氨基酸合
本研究通过检索TCGA数据库,探讨MTHFD1在胰腺癌中的表达及在胰腺癌患者预后中的作用,通过免疫组织化学方法检测MTHFD1在胰腺癌组织中的表达情况,分析与胰腺癌患者临床病理特征及预后的关系,对MTHFD1在胰腺癌中的可能的机制进行探索,以期为临床诊疗提供参考。
收集2014年6月—2021年9月在南京医科大学康达学院第一附属医院手术切除的80例胰腺癌和癌旁组织(距癌组织>1 cm)。纳入标准:⑴ 入组患者的临床资料需完整。⑵ 术前均未接受任何形式的放射疗法、化学疗法以及叶酸代谢相关的辅助治疗。⑶ 术后标本需具有明确的病理诊断。患者电话随访时间至2022年2月。本研究经我院伦理委员会批准(伦理审批号:KY20190924002),所有患者均签署知情同意书。
TCGA数据库(https://portal.gdc.cancer.gov)中下载胰腺癌患者的基因信息和临床病理数据。通过GEPIA2在线平台(http://gepia2.cancer-pku.cn)对TCGA数据中的胰腺癌MTHFD1基因进行的差异表达分析、生存分析以及病理分期分析;使用TIMER数据库(https://cistrome.shinyapps.io/timer)评估MTHFD1 mRNA表达水平与B细胞、CD
经手术切除确诊的胰腺癌组织和癌旁组织,福尔马林固定、组织脱水、石蜡包埋,切片厚度4 µm,70 ℃温箱烤片1 h,置于全自动免疫组化仪(Dako Omnis,丹麦),MTHFD1抗体(10794-1-AP,1∶200,Proteintech,中国)孵育、过氧化物酶阻断(SM801)、加辣根过氧化物酶标记的二抗(SM802)、DAB显色(SM803)等均在全自动免疫组化仪内完成。
新鲜组织充分裂解后离心吸取上清液,提取总蛋白,蛋白与上样缓冲液充分混合后加热5 min变性,依次用5%浓缩胶和10%分离胶进行SDS-PAGE。转膜后用5%脱脂牛奶阻断膜,加入一抗4 ℃孵育过夜,清洗后加入二抗孵育1 h,用ECL化学发光试剂盒检测蛋白,凝胶系统全自动化学发光成像仪分析结果。TRIzol试剂提取组织总RNA,按照试剂盒说明书操作,用逆转录试剂盒将RNA合成cDNA。MTHFD1上游序列:5′-ACC CAG AAG ACT GTG GAT GG-3′,下游序列:5′-TTC AGC TCA GGG ATG ACC TT-3′;GAPDH上游序列:5′-TTG TTG GCC CAG AAG GGT TT-3′,下游序列:5′-CTG ACA GTG GCA ACA AGC AC-3′。以cDNA为模板配置qRT-PCR反应体系:cDNA 2 µL,上下游引物各0.4 µL,SYRB Mix 10 µL,ddH2O 7.2 µL,共20 µL。用Light Cycle
采用半定量积分法,即肿瘤细胞阳性表达所占整个显微镜视野的比例和着色强度评分相乘的方法。选取染色效果均匀一致的肿瘤细胞区域,分别计算5~10个高倍镜视野,肿瘤细胞阳性表达所占比例和着色强度综合评分。⑴ 阳性细胞数占比计分:76%~100%为4分,51%~75%为3分,26%~50%为2分,6%~25%为1分,少于6%为0分。⑵ 按着色强弱计分:切片无色为0分,呈淡黄色为1分,棕黄色为2分,棕褐色为3分。将⑴和⑵ 相乘,0~4分为低表达,5~12 分为高表达。结果由2位高年资病理医师采用双盲法评分。
TCGA数据集显示,MTHFD1蛋白在胰腺癌组织中表达量明显高于正常组织(P<0.05)(

图1 MTHFD1在胰腺癌组织中的表达情况 A:TCGA数据库分析;B:临床样本免疫组化检测;C:临床样本Western blot检测;D:临床样本qRT-PCR检测
Figure 1 Expression of MTHFD1 in pancreatic cancer tissue A: Analysis from the TCGA database; B: Immunohistochemical detection in clinical samples; C: Western blot detection in clinical samples; D: qRT-PCR detection in clinical samples
GEPIA2在线平台对MTHFD1进行生存分析显示,MTHFD1高表达组预后明显差于低表达组患者(P<0.05)(

图2 MTHFD1表达与胰腺癌预后的关系 A:TCGA分析;B:临床样本分析
Figure 2 Relationship between MTHFD1 expression and prognosis in pancreatic cancer A: TCGA analysis; B: Clinical sample analysis
变量 | 单因素 | 多因素 | ||
---|---|---|---|---|
P | HR(95% CI) | P | HR(95% CI) | |
性别 | 0.319 | 1.230(0.818~1.849) | — | — |
年龄 | 0.230 | 1.285(0.853~1.937) | — | — |
病理分期 | 0.004 | 2.161(1.287~3.627) | 0.029 | 2.102(1.079~4.094) |
肿瘤分级 | 0.032 | 2.349(1.077~5.123) | 0.607 | 0.772(0.288~2.069) |
MTHFD1 | 0.001 | 2.008(1.318~3.058) | 0.010 | 1.777(1.150~2.748) |
GEPIA2在线平台对TCGA数据中的病理分期进行相关性分析,发现胰腺癌患者的病理分期与MTHFD1的表达相关(P<0.05)(

图3 MTHFD1表达与胰腺癌临床分期的关系
Figure 3 The relationship between MTHFD1 expression and clinical stage
因素 | 高表达(n=88) | 低表达(n=88) | P |
---|---|---|---|
年龄(岁) | |||
<65 | 42(47.7) | 51(58.0) | 0.174 |
≥65 | 46(52.3) | 37(42.0) | |
性别 | |||
女 | 39(44.3) | 40(45.5) | 0.880 |
男 | 49(55.7) | 48(54.5) | |
肿瘤分级 | |||
G1~G2 | 58(65.9) | 68(77.3) | 0.095 |
G3~G4 | 30(34.1) | 20(22.7) | |
肿瘤分期 | |||
Ⅰ~ⅡA | 17(19.3) | 32(36.4) | 0.012 |
ⅡB~Ⅳ | 71(80.7) | 56(63.6) | |
肿瘤家族史 | |||
无 | 46(52.3) | 41(46.6) | 0.451 |
有 | 42(47.7) | 47(53.4) |
因素 | 高表达(n=42) | 低表达(n=38) | P | |
---|---|---|---|---|
性别 | ||||
男 | 24(57.1) | 20(52.6) | 0.164 | 0.685 |
女 | 18(42.9) | 18(47.4) | ||
年龄(岁) | ||||
≤60 | 14(33.3) | 18(47.4) | 1.637 | 0.201 |
>60 | 28(6.7) | 20(52.6) | ||
肿瘤最大径(cm) | ||||
<5 | 21(50.0) | 17(44.7) | 0.222 | 0.638 |
≥5 | 21(50.0) | 21(55.3) | ||
分化程度 | ||||
高/中 | 15(35.7) | 25(65.8) | 7.218 | 0.007 |
低 | 27(64.3) | 13(34.2) | ||
淋巴结转移 | ||||
无 | 19(45.2) | 27(71.1) | 5.440 | 0.020 |
有 | 23(54.8) | 11(28.9) | ||
脉管侵袭 | ||||
无 | 20(47.6) | 14(36.8) | 0.042 | 0.837 |
有 | 22(52.4) | 24(63.2) | ||
临床分期 | ||||
Ⅰ~ⅡA | 19(45.2) | 26(68.4) | 4.357 | 0.037 |
ⅡB~Ⅳ | 23(54.8) | 12(31.6) | ||
神经浸润 | ||||
无 | 21(50.0) | 29(76.3) | 5.895 | 0.015 |
有 | 21(50.0) | 9(23.7) |
TCGA数据库中,通过Pearson法获得与MTHFD1基因显著相关的基因进行GO和KEGG分析,在GO分析的分子功能(BP)中显示与细胞分裂和有丝分裂细胞周期有关(P<0.05)(

图4 MTHFD1表达与相关机制分析 A:GO分析;B:KEGG分析;C:GSEA分析;D:相关性热图分析
Figure 4 Analysis of MTHFD1 expression and related mechanisms A: GO analysis; B: KEGG analysis; C: GSEA analysis; D: Correlation heatmap analysis
为探究MTHFD1表达与胰腺癌免疫细胞浸润的相关性,在TIMER数据库检索肿瘤免疫相 互作用的分子特征,结果显示,MTHFD1转录表达与B细胞、CD

图5 MTHFD1与免疫浸润细胞分析
Figure 5 Analysis of MTHFD1 and immune infiltrating cells
为研究MTHFD1表达与治疗药物敏感性的关系,利用GDSC对常见的胰腺癌治疗药物进行了治疗效果预测。结果共有五种常用药物(奥拉帕利、奥沙利铂、吉西他滨、顺铂、伊立替康)在MTHFD1高表达组与低表达组之间的IC50估计值差异有统计学意义(均P<0.05)(

图6 MTHFD1表达和药物的IC50分析 A:奥拉帕利;B:奥沙利铂;C:吉西他滨;D:顺铂;E:伊立替康
Figure 6 Analysis of MTHFD1 expression and drug IC50 values A: Olaparib; B: Oxaliplatin; C: Gemcitabine; D: Cisplatin; E: Irinotecan
ROC曲线分析结果显示,胰腺癌组织中MTHFD1预测患者术后1年生存率的曲线下面积(AUC)为0.644,2年生存率的AUC为0.693,5年生存率的AUC为0.741(

图7 胰腺癌组织中MTHFD1预测患者术后生存率的ROC曲线
Figure 7 ROC curve of MTHFD1 in pancreatic cancer tissues predicting postoperative survival rates of patients
胰腺癌是一种高度恶性的消化道疾病,早期筛查诊断难度大,治疗成功率低,并且是所有恶性肿瘤中预后最差的一
本研究显示,TCGA数据集中,MTHFD1表达量在胰腺癌组织中明显高于癌旁组织;高表达患者的预后明显差于低表达患者。通过检测80例胰腺癌手术标本,MTHFD1表达量在胰腺癌组织中明显高于癌旁组织,高表达患者的生存时间缩短,与数据库中的结果相一致。此外,MTHFD1表达与临床分期、淋巴结转移、分化程度以及神经浸润密切相关。利用GO分析、KEGG分析和GSEA分析结果均富集到细胞周期,且相关性热图也表明MTHFD1与细胞周期的关键蛋白高度相关。研
胰腺肿瘤基质丰富,但肿瘤微环境中缺乏淋巴细胞浸润,且大多数淋巴细胞处于耗竭状态,导致胰腺癌对大多数靶向治疗和免疫治疗的反应不佳,是典型“冷”肿瘤之
免疫检查点抑制剂联合化疗以及靶向治疗,晚期胰腺癌患者疾病控制率77%,中位生存期可达7.8个月,表明免疫治疗和靶向治疗、化疗联合应用对胰腺癌治疗的有效
叶酸代谢过程通过改变基因组稳定性和DNA甲基化诱导细胞癌变,其关键酶的基因多态性通过改变酶活性,干扰高半胱氨酸和S-腺苷甲硫氨酸(SAM)合成,参与DNA合成过程和细胞甲基化反
综上所述,MTHFD1在胰腺癌组织中表达上调,高表达患者的预后更差,其可能通过细胞周期参与胰腺癌的发生、发展的过程,并与胰腺癌免疫细胞浸润有关,有望成为判断胰腺癌预后的重要指标。后续仍需临床大样本及细胞、动物实验验证其具体作用机制。
作者贡献声明
张功铭负责采集及数据,文章撰写;刘毅负责生物信息学和统计分析数据;胡伟负责对文章的知识性内容作批评性审阅及项目研究经费;杜生旺负责分析数据和审校稿件。
C-反应蛋白 | CRP | 甲型肝炎病毒 | HAV | 心电图 | ECG |
Toll样受体 | TLRs | 碱性成纤维细胞转化生长因子 | bFGF | 心脏监护病房 | CCU |
氨基末端激酶 | JNK | 聚合酶链反应 | PCR | 血管紧张素Ⅱ | AngII |
白细胞 | WBC | 抗生物素蛋白-生物素酶复合物法 | ABC法 | 血管内皮生长因子 | VEGF |
白细胞介素 | IL | 辣根过氧化物酶 | HRP | 血管性血友病因子 | vWF |
半数抑制浓度 | IC50 | 链霉抗生物素蛋白-生物素酶复合物法 | SABC法 | 血红蛋白 | Hb |
变异系数 | CV | 磷酸盐缓冲液 | PBS | 血肌酐 | SCr |
标记的链霉抗生物素蛋白-生物素法 | SP法 | 绿色荧光蛋白 | GFP | 血小板 | PLT |
表皮生长因子 | EGF | 酶联免疫吸附测定 | ELISA | 血压 | BP |
丙氨酸氨基转移酶 | ALT | 美国食品药品管理局 | FDA | 血氧饱和度 | SO2 |
丙二醛 | MDA | 脑电图 | EEG | 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 | NADPH |
丙型肝炎病毒 | HCV | 内毒素/脂多糖 | LPS | 严重急性呼吸综合征 | SARS |
超氧化物歧化酶 | SOD | 内皮型一氧化氮合酶 | eNOS | 一氧化氮 | NO |
磁共振成像 | MRI | 内生肌酐清除率 | CCr | 一氧化氮合酶 | NOS |
极低密度脂蛋白胆固醇 | VLDL-C | 尿素氮 | BUN | 乙二胺四乙酸 | EDTA |
低密度脂蛋白胆固醇 | LDL-C | 凝血酶时间 | TT | 乙酰胆碱 | ACh |
动脉血二氧化碳分压 | PaCO2 | 凝血酶原时间 | PT | 乙型肝炎病毒 | HBV |
动脉血氧分压 | PaO2 | 牛血清白蛋白 | BSA | 乙型肝炎病毒e抗体 | HBeAb |
二甲基亚砜 | DMSO | 热休克蛋白 | HSP | 乙型肝炎病毒e抗原 | HBeAg |
反转录-聚合酶链反应 | RT-PCR | 人类免疫缺陷病毒 | HIV | 乙型肝炎病毒表面抗体 | HBsAb |
辅助性T细胞 | Th | 人绒毛膜促性腺激素 | HCG | 乙型肝炎病毒表面抗原 | HBsAg |
肝细胞生长因子 | HGF | 三磷酸腺苷 | ATP | 乙型肝炎病毒核心抗体 | HBcAb |
干扰素 | IFN | 三酰甘油 | TG | 乙型肝炎病毒核心抗原 | HBcAg |
高密度脂蛋白胆固醇 | HDL-C | 生理氯化钠溶液 | NS | 异硫氰酸荧光素 | FLTC |
谷胱甘肽 | GSH | 世界卫生组织 | WHO | 诱导型一氧化氮合酶 | iNOS |
固相pH梯度 | IPG | 双蒸水 | ddH2O | 原位末端标记法 | TUNEL |
核糖核酸 | RNA | 丝裂原活化蛋白激酶 | MAPK | 杂合性缺失 | LOH |
核因子-κB | NF-κB | 四甲基偶氮唑盐微量酶反应 | MTT | 增强化学发光法 | ECL |
红细胞 | RBC | 苏木精-伊红染色 | HE | 肿瘤坏死因子 | TNF |
红细胞沉降率 | ESR | 胎牛血清 | FBS | 重症监护病房 | ICU |
环氧化酶-2 | COX-2 | 体质量指数 | BMI | 转化生长因子 | TGF |
活化部分凝血活酶时间 | APTT | 天门冬氨酸氨基转移酶 | AST | 自然杀伤细胞 | NK细胞 |
活性氧 | ROS | 脱氧核糖核酸 | DNA | 直接胆红素 | DBIL |
获得性免疫缺陷综合征 | AIDS | 细胞间黏附分子 | ICAM | 总胆固醇 | TC |
肌酐 | Cr | 细胞外基质 | ECM | 总胆红素 | TBIL |
基质金属蛋白酶 | MMP | 细胞外调节蛋白激酶 | ERK | ||
计算机X线断层照相技术 | CT | 纤连蛋白 | FN |
利益冲突
所有作者均声明不存在利益冲突。
参考文献
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