HMGN3基因表達狀態在骨肉瘤患者中的預后價值

蔡秀英,曾慧意,葉萍萍

(福建中醫藥大學附屬泉州市正骨醫院小兒骨科,福建 泉州 362000)

骨肉瘤(OS)又名成骨肉瘤,是兒童和青少年時期最常見的原發性骨惡性腫瘤之一,其發病率2～4人/(年·百萬人),是一種致命的惡性腫瘤,5年生存率為50%～65%[1]。發生于青少年的OS,具有轉移能力強、預后差的特點,是導致青少年死亡的第二大病因,也是青少年因病致殘最常見的原因之一[2]。盡管20世紀70年代末隨著新輔助化療的應用使OS生存率得到大幅度提高,但仍有20%～30%患者需要接受截肢治療,因此OS是一種預后較差的惡性腫瘤[3]。高遷移率族核小體結合蛋白 3(HMGN3)是高遷移率族蛋白N(HMGN)家族中的一員,研究表明HMGN可能密切參與惡性腫瘤的發生發展,并與惡性腫瘤的預后有關[4]。目前 HMGN3在腫瘤中的研究較少,一些研究表明HMGN3 mRNA在乳腺癌中的表達水平上調;而在子宮內膜癌中的表達水平被下調,說明HMGN3在不同腫瘤中可能具有不同的作用[5]。目前HMGN3在骨肉瘤中的表達狀態及其預后價值尚未被報道,本研究擬從GEO數據庫篩選OS表達芯片,并結合隨訪資料進行預后分析,以探討HMGN3在骨肉瘤中的表達狀態及預后。

1 資料與方法

1.1數據來源及篩選:以“Osteosarcoma”作為關鍵詞在GEO公共數據庫(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/)檢索并獲取相關基因表達譜數據。最終確定了GSE12865、GSE14359、GSE21257三個數據集作為數據分析來源。其中,GSE12865數據集是基于GPL6244平臺獲得的測序數據,包含了12例OS樣本和2例正常人成骨細胞(HOB)樣本的基因表達數據[6]。GSE14359數據集是基于GPL96平臺獲得的測序數據,包含10例原發骨肉瘤組織、8例骨肉瘤肺轉移組織和2例HOB樣本[7]。GSE21257數據集是GPL10295平臺獲得的測序數據,包含53例OS長期隨訪信息[8]。

1.2差異表達分析(DEA):利用R軟件中的limma軟件包,分別對GSE12865、GSE14359芯片的骨肉瘤樣本和正常對照樣本進行DEA,分別提取HMGN3基因的DEA結果,根據LogFC絕對值>1和校正P值(FDR)<0.05判斷HMGN3基因表達狀態。

1.3預后分析(PA):使用R軟件中的“survival”和“survminer”兩個包進行預后分析。

1.4統計學處理:采用R 4.2.0軟件中的“limma”包進行差異基因表達分析,采用“survival”和“survminer”包等進行生存分析。三組計量資料采用單因素方差分析。Kaplan-Meier 法繪制生存曲線。COX比例風險回歸模型用于評價HMGN3基因不同表達狀態的預后價值,以風險比(HR)作為主要效應指標。

2 結果

2.1HMGN3基因差異表達分析結果:GSE12865、GSE14359兩個數據集中,HMGN3基因均呈現高表達狀態,差異具有統計學意義(P<0.05)。見表1。

表1 HMGN3基因差異表達分析結果

2.2HMGN3基因的預后分析:HMGN3基因高表達組1年、3年、5年生存率分別為89.66%、50.98%、45.90%,而低表達組分別為95.83%、83.33%、74.56%,差異具有統計學意義(P<0.05)。Kaplan-Meier生存曲線見圖1。HMGN3基因高表達患者死亡風險為HR=2.58,95%CI=(1.07,6.22),差異有統計學意義(P<0.05)。

圖1 HMGN3基因在骨肉瘤中的生存曲線圖

2.3不同轉移狀態,HMGN3基因的表達結果:GSE21257數據集中,根據是否發生遠處轉移及轉移發生的時間,將53例樣本分為無轉移(19例)、初診時轉移(14例)以及后期轉移(20例),無轉移組HMGN3基因表達水平為14.73±3.17,初診時轉移組HMGN3基因表達水平為24.13±14.21,后期轉移組HMGN3基因表達水平為19.03±9.25。三組患者HMGN3基因的表達水平比較差異有統計學意義(F=4.021,P<0.05),其中初診時發生轉移的骨肉瘤患者,其HMGN3基因的表達水平最高。

3 討論

OS是青少年時期最常見的原發性骨惡性腫瘤,也是目前人類異質性最高、預后較差的實體腫瘤之一。OS在腫瘤確診早期即有可能發生遠處轉移,因此,其病死率高且預后較差[2]。OS具有高度異質性,這種異質性不僅表現在病理學層面,而且還表現在基因組、轉錄和表觀遺傳水平上[9]。有研究表明,不同臨床表型的OS,其基因表達譜存在顯著差別[10]。OS可以發生于任何年齡,但以青少年人群發病率最高,其發生發展機制尚不明確[11]。轉錄組測序為探索OS腫瘤異質性以及腫瘤細胞與腫瘤微環境的相互作用提供了強有力的手段。近年來,GEO數據庫的微陣列數據的共享,為揭示各類疾病發生發展的機制提供了便利[12]。

HMGN家族成員廣泛存在于真核生物的細胞中,是含量最為豐富的非組蛋白家族,廣泛參與細胞發育和細胞分化的調節[13]。研究表明,HMGN家族成員與腫瘤的發生發展密切相關[14]。如HMGN1參與小鼠肝癌的發生過程,并引起癌細胞表觀遺傳變化[15]。HMGN2 通過抑制連接組蛋白 H1與染色質調節區的結合,繼而增強了STAT5對啟動子的調控,最終促進乳腺癌的增殖和轉移[16]。HMGN4也被證明參與了乳腺癌惡性行為的轉化[17]。HMGN5通過FGF/FGFR信號通路促進直腸癌的增殖和侵襲[18]。HMGN3是HMGN家族的成員之一,主要功能是調節染色質的結構并通過轉錄因子調節轉錄[19]。HMGN3與多種癌癥的發展有關,然而其潛在機制仍不清楚。Sorin等[20]發現,HMGN3的高表達與肝吸蟲感染誘導的膽管癌(CCA)的轉移特性相關。研究發現,膽管癌細胞中HMGN3的敲除顯著降低了集落形成、遷移和侵襲的致癌能力。研究顯示,HMGN3抑制CCA細胞中上皮調節基因(如CDH1/E-cadherin和TJAP1基因)的表達并阻斷其胞內極性。染色質免疫沉淀測序分析顯示,HMGN3通過與轉錄因子SNAI2結合并抑制上皮調節基因的表達,也可能通過抑制組蛋白脫乙酰酶(HDACs)抑制上皮調節因子重新激活,導致細胞遷移能力受損。因此,HMGN3過度表達通常以依賴于SNAI2基因和HDACs的方式抑制CCA細胞中上皮調節因子的轉錄并阻斷其極性,從而提升了CCA細胞的致癌特性。目前HMGN3的生物學作用還有待繼續探索。

本研究提示HMGN3基因參與了OS的疾病發生過程。Su等[21]研究發現,乳腺癌細胞中HMGN3 mRNA的表達水平比正常乳腺細胞上調,提示其可能與乳腺癌發生相關。李迎春[22]在肺癌中研究發現,與正常癌旁組織相比,肺癌組織HMGN3基因表達水平顯著升高,并參與了肺癌的惡性行為,如促進遷移、侵襲及 EMT 過程。上述研究表明,HMGN3 是重要的致癌基因[23]。Zierau等[24]通過在小鼠子宮內膜癌細胞株研究發現,HMGN3在子宮內膜癌中表達下調,但這種低表達可能受miR-203表達調控,其具體機制還有待進一步研究。

目前關于HMGN3基因在惡性腫瘤中的預后價值尚未得到學者的報道,因此有必要開展研究探索HMGN3基因的預后價值。本研究提示,HMGN3基因是重要的癌基因,與其致癌特性相符,HMGN3基因參與了OS的發展過程。本研究為進一步開展免疫組化等檢查等驗證HMGN3基因在OS中的生物學作用提供了研究方向。

綜上,HMGN3基因在OS中呈高表達狀態,而且HMGN3基因高表達對OS患者的預后具有顯著影響,但其具體機制,還需要進一步探索。