单细胞测序助力分析！中国医科大学发现胰腺癌预后生物标记物和治疗新靶点

近日，中国医科大学研究人员在期刊《Scientific Reports》上发表了题为“Identification of novel therapeutic target and prognostic biomarker in matrix metalloproteinase gene family in pancreatic cancer”的研究论文， 本研究中，研究人员利用基因表达谱交互分析(Gene Expression Profiling Interactive Analysis, GEPIA)和基因表达综合数据库(Gene Expression Omnibus)来探讨MMP在PDAC中的异常表达。然后通过Kaplan-Meier生存曲线和Cox回归分析评估MMPs的预后价值。研究人员通过UALCAN网站分析MMPs表达与临床病理特征的关系，并通过功能注释和GSEA分析来挖掘与预后相关的MMP可能的信号通路。采用TIMER和TISCH数据库进行免疫浸润分析并采用实时定量PCR检测胰腺癌细胞系和正常胰腺细胞中与预后相关的MMP的表达。研究人员观察到10个MMP基因在GEPIA和GSE62452数据集中一致上调。其中，5种高表达的MMPs (MMP1、MMP3、MMP11、MMP14、MMP28)与PDAC患者临床预后不良密切相关。Cox回归分析提示MMP28是影响患者总生存的危险因素。在临床病理分析中，MMP28的上调与更高的肿瘤分级和TP53的突变状态显著相关。GSEA分析表明MMP28的高表达参与了“干扰素α反应”和“P53_pathway”。免疫浸润分析显示MMP28表达与免疫细胞浸润无相关性。单细胞测序分析显示，MMP28与肿瘤微环境中恶性细胞和基质细胞浸润有较强的相关性。MMP28在多种胰腺癌细胞系中高表达。综上所述，MMP28可能是PDAC潜在的预后生物标志物和新的治疗分子靶点。

https://www.nature.com/articles/s41598-023-44506-8#Sec1

研究背景

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胰腺导管腺癌(PDAC)来源于外分泌部分的导管或腺泡细胞，占所有胰腺癌的90%以上。尽管PDAC发病率低，但预后极差，5年相对生存率仅为9%。根据GLOBOCAN 2020报告，2020年全球胰腺癌新发病例(495,773例)几乎与癌症死亡人数(466,003例)相同。来自欧盟国家和英国的最新研究表明，胰腺癌已经上升到癌症死亡的第三大原因，仅次于肺癌和结直肠癌。手术切除联合全身化疗仍然是主要的治疗手段，也是唯一可能的治愈方法。遗憾的是，大多数PDAC患者在确诊时已达到晚期，手术切除概率较低。尽管免疫治疗在多种实体瘤中显示出了疗效，但免疫治疗如抗ctla -4和抗pd -1在PDAC中的疗效仍然非常有限。因此，探索已知分子的潜在功能，寻找有用的生物标志物，可以提供新的治疗靶点和预后生物标志物。

基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase, MMP)家族又称基质蛋白(matrixins)，在人体内由24种锌依赖的内肽酶组成。这些蛋白酶能够降解细胞外基质中的各种蛋白，调节趋化因子、细胞因子、细胞骨架蛋白和生长因子的释放或活化，从而影响许多基本的生理事件，如胚胎发生、炎症、血管生成、骨重塑以及肿瘤生长和转移。早在20世纪90年代，广谱MMP抑制剂(MMPI)巴司他(batimastat)在小鼠异种移植模型中被证明可抑制乳腺癌再生和转移14。然而，在临床试验中，广谱MMPI并没有被证明是成功的，主要原因是MMPs在病理条件下具有双向作用，既具有促进肿瘤的作用，又具有抗肿瘤的作用。近年来，随着对MMPs生物学活性的进一步了解，开发出了更安全、更具有选择性的窄谱MMPIs用于肿瘤治疗。

研究过程

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在本研究中，研究人员检测了PDAC中所有24种MMPs的mRNA表达水平，并评估了它们的预后价值。5种高表达的MMPs与PDAC患者较差的生存结局显著相关。多因素分析显示MMP28是影响PDAC患者预后的独立危险因素。在体外实验中，MMP28在胰腺癌细胞株中表达显著上调。综上所述，有证据表明MMP28具有作为胰腺癌患者预后生物标志物的潜力。

目前的研究表明，MMP28在肿瘤组织中的过表达与PDAC患者的不良预后密切相关。进一步分析MMP28表达与患者临床病理参数的相关性发现，肿瘤组织学分级越高，MMP28表达越高，提示其参与了PDAC的进展。但MMP28表达与肿瘤分期无明显相关性，可能与TCGA数据库中不同分期的肿瘤患者分布不均有关。接下来，需要收集临床样本，验证MMP28表达与其他临床参数的相关性。

研究表明，MMP28在TP53突变患者中显著上调。GSEA结果显示，MMP28主要在P53信号通路中表达上调。在最近的一项基于原位小鼠PDAC异种移植和人类肿瘤样本的研究中，错义TP53突变的存在选择性地减少了细胞毒性CD8 + T细胞对PDAC肿瘤的浸润，并促进了肿瘤微环境纤维化。既往研究报道，在PDAC中，致癌蛋白PARP1通过STAT3-MMP7轴参与MMP28的转录上调。研究人员报道MMP28作为受RACGAP1影响的下游基因参与了PDAC的发病。胰腺癌发生过程中MMP28与肿瘤相关信号通路之间的相互作用还需要更多的实验研究。

单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术被用于探索PDAC进展过程中肿瘤微环境的动态变化。在本研究中， 研究人员使用scRNA-seq平台建立了MMP28在各种细胞亚型中的表达谱。结果表明，MMP28在间质和恶性肿瘤细胞中的表达水平高于免疫细胞。这些发现与TIMER网站的结果一致。上述结果提示MMP28可能是一个与PDAC恶性细胞和基质细胞浸润相关的新基因，从而影响TME。

MMP28在胰腺癌细胞株中的表达

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研究人员使用CCLE数据库进一步研究了MMP28在细胞水平的表达。MMP28在各种癌细胞株和不同胰腺癌细胞株中的基因表达谱如图8所示。与其他肿瘤细胞株相比，胰腺癌细胞株中MMP28的mRNA表达水平较高(图8A、B)。利用RT-qPCR检测MMP28在胰腺癌细胞株和正常胰腺细胞中的表达。研究人员发现MMP28在BxPC-3和SW1990中的表达高于在hTERT-HPNE中的表达(图8C)。综上所述，MMP28在大多数胰腺癌细胞株中的表达水平高于正常胰腺细胞株。

MMP28表达谱

研究结论

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研究结果表明，5种高表达的mmp (MMP1, MMP3, MMP11, MMP14和MMP28)与PDAC患者较差的生存结局显著相关。其中，MMP28是预测PDAC患者预后的独立预后危险因素。MMP28可能通过调控恶性细胞和间质细胞在PDAC肿瘤微环境中发挥重要作用，提示MMP28可能为PDAC治疗提供新的治疗靶点。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41598-023-44506-8#Sec1

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。