CARM1在胶质瘤发生发展中的作用研究

胡彩虹，王志浩，方思琪，蔡 菲，高 雨，罗洋洋，张旭东

（西安医学院临床医学院中尼友好拉吉姆医学实验室1，药学院2，陕西 西安 710021）

胶质瘤（glioma）是人类最常见的中枢性神经系统恶性肿瘤，因其生长迅速、侵袭性强、发病率、致死致残率高而严重威胁着患者的生命[1]。据统计，胶质瘤患者中位总生存期（OS）仅14.4 个月，且高级别胶质母细胞瘤（GBM）5年生存率不足10%[2]，目前胶质瘤的治疗主要是大范围内的肿瘤切除术联合放化疗、基因靶向治疗、免疫治疗及电场疗法等[3]，但其治疗效果不佳。因此，研究胶质瘤的发生发展机制对寻找胶质瘤的早期干预和治疗的新方法显得尤为重要。精氨酸甲基转移酶1（coactivator-associated arginine methyltransferase 1，CARM1），又称PRMT4，为PRMTs 家族中的一个成员。蛋白质精氨酸甲基转移酶（PRMTs）是一类在细胞中常见的甲基化酶，参与催化蛋白质中精氨酸的甲基化[4]。近年来相关研究发现，蛋白质的甲基化对于维持细胞稳定性具有重要意义，且蛋白质精氨酸甲基酶功能失调与肿瘤的发生、发展密切相关[5]。此外，CARM1 通过对组蛋白及其他染色质相关蛋白进行甲基化修饰，在DNA组装、转录调控、细胞内信号转导途径、肿瘤微环境、mRNA 剪接和mRNA 稳定性中发挥重要作用，同时参与细胞周期、细胞凋亡、细胞癌变等生物学过程[6]。随着研究的不断深入，CARM1 在肿瘤中的作用研究越来越多，近年来已有研究发现CARM1 表达异常与人乳腺癌[7]、结直肠癌[8]、前列腺癌[9]、肺癌[10]、血癌[11]、淋巴瘤[12]等疾病的发生发展密切相关。目前研究发现CARM1 促进胶质瘤的恶性增殖，但是具体机制仍然未知[13]。本研究主要分析CARM1 基因在胶质瘤中的表达情况，并研究CARM1 对胶质瘤的发生、发展中的作用，旨在为寻找治疗胶质瘤新靶点提供理论依据。

1 资料与方法

1.1 数据来源 中国脑胶质瘤基因组图谱数据库（Chinese glioma genome atlas，CGGA，http：//www.cgga.org.cn）；String数据库（https://www.string-db.org/）。

1.2 方法 使用CGGA数据库分析CARM1 在胶质瘤不同临床病理条件下的差异性表达情况，检索方法：①Analyze-mRNA data；性别（Male vs Female）,年龄（＞42 岁vs＜42 岁），不同级别状态（WHO ⅡvsWHO ⅢvsWHO Ⅳ），发展状态（原发vs复发）；②Data type：mRNA；③Dataset：mRNAseq_325；④Gene：CARM1；⑤临界值设定P-value＜0.05。利用CGGA数据库分析CARM1 相关基因的表达与胶质瘤患者生存预后的影响，检索方法：①Analyze-mRNA data；②Survival；③Dataset：mRNAseq_325；④Gene：CARM1。通过String数据库对CARM1 表达蛋白相互作用网络进行分析，检索方法：①Protein name：CARM1；②Organism：Homo sapiens。

2 结果

2.1 不同性别中CARM1 在胶质瘤组织中的表达情况 首先在不同性别胶质瘤患者组织中对CARM1的表达进行分析，结果显示在不同性别的胶质瘤患者中CARM1 比较，差异无统计学意义（P=0.36），见图1。

图1 不同性别中CARM1 在胶质瘤组织中的表达情况

2.2 不同年龄中CARM1 在胶质瘤组织中的表达情况 利用CGGA数据库对不同年龄段胶质瘤患者进行分析，结果显示在不同年龄的胶质瘤患者组织中，CARM1的表达与年龄有一定的相关性。CARM1 在42 岁以上患者的胶质瘤组织中表达高于42 岁以下患者，差异有统计学意义（P=0.00067），见图2。

图2 不同年龄中CARM1 在胶质瘤组织中的表达情况

2.3 不同病理阶段下CARM1 在胶质瘤组织中的表达情况 基于CGGA数据库分析CARM1 在不同病理阶段的表达情况，结果显示在不同病理分期中CARM1的表达与胶质瘤的进展呈正相关，差异有统计学意义（P=1e-16），见图3。

图3 不同病理阶段下CARM1 在胶质瘤组织中的表达情况

2.4 不同进展状况下CARM1 在胶质瘤组织中的表达情况 对CGGA数据库进行分析时候发现，CARM1 在复发性GBM组织中表达量高于原发性胶质瘤，差异有统计学意义（P=0.0011），见图4。

图4 不同进展状况下CARM1 在胶质瘤组织中的表达情况

2.5 CARM1的表达与患者生存率及生存时间的关系 基于上述方法，利用CGGA数据库分析CARM1的表达与患者生存时间的关系结果显示，在CARM1高表达患者的生存率及生存时间低于CARM1 低表达患者，即CARM1 在原发性胶质瘤、复发性胶质瘤组织中的表达与患者生存期呈负相关（P＜0.0001），见图5。

图5 CARM1的表达与患者生存率及生存时间的关系

2.6 CARM1 表达蛋白相关作用网络分析 结合上述操作方法，通过String数据库对CARM1 表达蛋白相关作用网络进行检索，发现以CARM1 为中心，有EP300、TP53、CREBBP、NCOA3 等多个相互作用蛋白，见图6。

图6 CARM1 表达蛋白相关作用网络分析

3 讨论

近年来大量研究表明，CARM1 通过精氨酸甲基转移酶的甲基化作用及其转录调控功能在肿瘤的发生、发展及转化中发挥着重要作用。Kumar S 团队研究发现，通过小分子靶向抑制CARM1的表达可以增强T 细胞的抗肿瘤功能，并且激活肿瘤对Ⅰ型干扰素的反应，进而有效地发挥抗肿瘤作用[14，15]，表明CARM1 可能在激活免疫发挥抗肿瘤的作用中至关重要。此外，Wu D 等[16]在非小细胞肺癌（NSCLC）的研究中发现，抑制CARM1 酶活性可以使NSCLC 细胞中的CCNE2 表达降低，而CCNE2 表达下调使PC9 和HCC827 细胞的增殖和集落形成能力受到抑制，表明CARM1 通过激活CCNE2 参与NSCLC的进展。Shin HJ 等[17]的研究发现“AMPK-SKP2-CARM1 信号轴”的调控；Yu YS 等[18]发现CARM1-Pontin-FOXO3a 信号轴，表明CARM1 通过其转录共激活因子作用对自噬相关基因和溶酶体基因进行调控使细胞自噬增强，CARM1 可能通过增强细胞自噬作用，使肿瘤在饥饿条件下仍能存活。近年来的研究发现，CARM1 通过对组蛋白赖氨酸去甲基化酶1（LSD1）甲基化修饰进而增强LSD1的稳定性，CARM1 和LSD1 通过调节相应启动子功能来抑制E-钙粘蛋白和激活波形蛋白的转录，进而促进乳腺癌细胞的侵袭和转移[19]。因此，CARM1 对肿瘤的发生发展至关重要。

本研究基于CGGA数据库分析发现，CARM1在原发性胶质瘤和复发性胶质瘤组织中呈高表达水平（P=1.4e-18）。然后分析CARM1 在不同条件下的差异性表达情况，发现GBM的CARM1的表达同年龄成正比，CARM1 在42 岁以上患者的胶质瘤组织中表达高于42 岁以下患者（P=0.00067）；CARM1的表达与病理分期呈正相关（P=1e-16）；CARM1 在复发性胶质瘤组织中表达量高于原发性胶质瘤（P=0.0011）；然后利用CGGA数据库进行对患者进行生存分析，结果发现CARM1 在原发性胶质瘤、复发性胶质瘤组织中的表达与患者生存期呈负相关（P=0.0000、0.041）。最后利用String数据库分析显示，发现以CARM1 为中心，有EP300、TP53、CREBBP、NCOA3 等多个相互作用蛋白，可为此后的研究提供相关数据。

综上所述，CARM1 在胶质瘤组织中呈高表达状态，且与患者的预后密切相关，可作为诊断和治疗胶质瘤的潜在靶点，为研究其在肿瘤中的作用机制及靶向治疗提供理论支持。