CKS1B在肺腺癌中的表达、临床和生物学意义分析*

吉晓鸿,熊延路,2,贾建博△

空军军医大学唐都医院:1.胸腔外科;2.前沿医学创新中心,陕西西安 710038

肺癌是致死率居于首位的恶性肿瘤,肺腺癌约占肺癌的40%,是肺癌防治的关键病理亚型[1-4]。以肿瘤大小、淋巴结浸润、远处转移为主要参考依据的TNM分期定义了肺腺癌的临床分期,是肺腺癌治疗的基石,明显提高了肺腺癌诊疗的精准性和预后[5-6]。近年来,基于驱动基因的靶向治疗和基于免疫特点的免疫检查点治疗更是革新了肺腺癌的治疗效果。相对于传统化疗,靶向治疗、免疫治疗无论是在早期肺腺癌的辅助治疗/新辅助治疗中,或者是在晚期肺腺癌的全身治疗中,均提高了患者的生存预后[7-8]。然而,肺腺癌具有高度异质性,现有TNM分期并未完全划分不同生物学特征、临床特点的肺腺癌亚型。靶向治疗、免疫治疗也面临严重的不敏感和耐药问题[2,9-10]。因此,肺腺癌分类及临床防治的新靶点亟须深入研究。CDC28蛋白激酶调节亚基1B(CKS1B)是有丝分裂中关键调节蛋白,近年来有研究提示,CKS1B和多种恶性肿瘤密切相关,但在肺腺癌中,CKS1B的研究依然不够[11]。本研究探索了CKS1B在肺腺癌中的表达、临床特征及生物学意义,有望为寻找肺腺癌防治新靶点提供启发。

1 资料与方法

1.1一般资料 采用癌症基因组图谱(TCGA)数据库(https://portal.gdc.cancer.gov/)、基因表达综合数据库(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/)收集肺腺癌基因表达特征和临床特征。8个肺腺癌数据集[数据集(肿瘤组织/正常组织标本数):肺腺癌患者测序(TCGA-LUAD)数据集(515/59)、GSE10072(58/49)、GSE30219(85/14)、GSE31210(204/20)、GSE32863(58/58)、GSE43458(80/30)、GSE63459(33/32)、GSE68571(86/10)]。两个具有完整临床信息及较大样本量的肺腺癌数据集[数据集(标本数):TCGA-LUAD(506),GSE68465(442)]用于肺腺癌预后分析、临床特征分析及生物富集分析。采用肿瘤单细胞(CancerSEA)数据库(http://biocc.hrbmu.edu.cn/CancerSEA/)、癌症细胞系百科全书(CCLE)数据库(https://depmap.org/portal/)收集肺腺癌单细胞、肺腺癌体外细胞系的基因表达谱用于生物富集分析;采用TCGA-LUAD数据集收集肺腺癌组织的基因突变谱用于驱动突变分析。

1.2统计学处理 采用Z-scale进行数据标准化;采用Wilcoxon检验分析肺腺癌组织和正常组织中CKS1B表达水平差异及不同TNM分期、临床分期中CKS1B表达水平差异;采用Kaplan-Meier生存曲线分析CKS1B高、低表达(以中位数区分CKS1B高、低表达)的生存概率;采用Log-Rank、多因素Cox回归进行生存分析的统计学检验及独立危险效果评判;采用Spearman秩相关分析CKS1B相关性基因;采用基因集富集分析(GSEA)分析CKS1B的生物富集特点;采用Maftools包分析肺腺癌中CKS1B和驱动突变的关系(以上下四分位数区分CKS1B高、低表达);采用R语言统计分析和绘制图表。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1CKS1B在肺腺癌中的表达特点 8个独立肺腺癌数据集结果显示,CKS1B在肺腺癌中呈高表达(P<0.05),见图1。

注:aP<0.05。

2.2CKS1B和肺腺癌预后的关系 在TCGA-LUAD数据集中,与CKS1B低表达肺腺癌患者比较, CKS1B高表达肺腺癌患者总生存期和无进展生存期均较差(P<0.05);在GSE68465数据集中,与CKS1B低表达肺腺癌患者比较,CKS1B高表达肺腺癌患者总生存期和无进展生存期均较差(P<0.05)。见图2。

注:A、B分别为TCGA-LUAD数据集中,CKS1B高、低表达肺腺癌患者的总生存期、无进展生存期的比较;C、D分别为GSE68465数据集中,CKS1B高、低表达的肺腺癌患者总生存期、无进展生存期的比较。

2.3CKS1B对肺腺癌预后的独立预测效果 纳入年龄、性别、吸烟史、临床分期、CKS1B水平进行多因素Cox回归分析。结果发现在TCGA-LUAD数据集中, CKS1B高表达是总生存期和无进展生存期的独立危险因素(P<0.05);在GSE68465数据集中, CKS1B高表达是总生存期和无进展生存期的独立危险因素(P<0.05)。同样临床分期也在两个数据集中展示了明显的独立预测功能。见表1、2。

表1 TCGA-LUAD数据集中CKS1B对肺腺癌预后的独立预测效果

表2 GSE68465数据集中CKS1B对肺腺癌预后的独立预测效果

2.4CKS1B和肺腺癌分期的关系 在TCGA-LUAD数据集中,CKS1B高表达相对于CKS1B低表达,具有较高淋巴结转移比例(N分期)、远处转移比例(M分期,P<0.05);在GSE68465数据集中,CKS1B高表达相对于CKS1B低表达,具有较高的T分期(P<0.05)。见表3、4。

表3 TCGA-LUAD数据集中CKS1B与肺腺癌临床特征的关系(n)

表4 GSE68465数据集中CKS1B对肺腺癌临床特征的关系(n)

2.5肺腺癌组织中CKS1B的生物通路富集状况 本文进一步分析了CKS1B在肺腺癌组织中的生物学意义。使用Spearman秩相关分析了CKS1B的关联基因,并通过相关系数的排序进行了GSEA分析,发现TCGA-LUAD数据集中,CKS1B在hallmark数据库显示出对恶性增殖通路的正向富集;GSE68465数据集中,同样CKS1B在hallmark数据库显示出对恶性增殖通路的正向富集。见图3。

注:A、B分别为TCGA-LUAD、GSE68465数据集中,CKS1B在 hallmark数据库中的生物富集分析。

2.6肺腺癌细胞中CKS1B的生物学意义 在CancerSEA数据库中,CKS1B表达与肺腺癌单细胞中的分裂增殖通路呈正相关(r>0,P<0.05)。在CCLE数据库中,CKS1B与肺腺癌细胞系的恶性增殖生物进程呈正相关(r>0,P<0.05)。见图4。

注:A、B分别为CancerSEA、CCLE数据库中的生物富集分析。

2.7肺腺癌中CKS1B和基因突变的关系 采用TCGA-LUAD数据库中分析了CKS1B和肺腺癌基因突变的关系,发现CKS1B高表达的肺腺癌组织具有频率更高的基因突变,肿瘤驱动通路突变更为剧烈;CKS1B低表达的肺腺癌组织基因突变频率、肿瘤驱动通路突变频率均较低。见图5。

注:A、B分别为CKS1B高表达、CKS1B低表达肺腺癌中的驱动突变、通路情况。

3 讨 论

肺腺癌恶性程度较高、异质性较强。现有肿瘤分期、分类依然不够彻底,恶性机制及防治研究依然需要深入和不断完善。本文探索了重要肿瘤相关基因CKS1B在肺腺癌中的表达、临床及生物学意义。

肺腺癌是肺癌的重要病理亚型,约占肺癌的40%,其有效防治关乎全民健康[9-10,12]。肺腺癌的精准分期、分型是其治疗的首要,有效划分不同临床特征、生物学特点的肺腺癌,进而给予不同治疗是提升肺腺癌预后、避免过度医疗或治疗不足的关键[13-14]。以肿瘤大小、淋巴结浸润及远处转移为主要划分依据的TNM分期是肺腺癌分期、分型的基石,精准区分了不同临床特征的肺腺癌。基于TNM分期选择肺腺癌外科手术方式及辅助治疗方式,明显提高了肺腺癌患者的预后[15-16]。然而TNM分期对肺腺癌的划分依然不够充分,处于同一分期的肺腺癌依然具有较强异质性,更深入的肺腺癌划分方式或新的肺腺癌划分指标亟需革新。近年来,生物标志物在肿瘤分期、分型中发挥重要作用。CKS1B是分裂增殖相关基因,通过调节细胞周期中关键功能蛋白,明显促进了有丝分裂。近年来研究提示,CKS1B在多种恶性肿瘤中异常上调,其异常表达和恶性预后有明显相关性[11,17-18]。本研究发现,8个独立肺腺癌数据集中,CKS1B在肺腺癌组织中呈高表达;且在2个独立且大型的肺腺癌数据集中,高表达CKS1B均预示着较差的生存预后,并发挥独立预测效果。因此,本研究有效提示CKS1B在肺腺癌预后划分中的功能,其可能作为肺腺癌分期的新标志物。

肺腺癌恶性机制研究在治疗中发挥关键作用,尤其以酪氨酸激酶抑制剂为代表的靶向治疗和免疫检查点为主的免疫治疗,明显延长了患者生存时间[7]。然而,靶向治疗和免疫治疗依然面临严重的不敏感和耐药问题,肺腺癌恶性机制依然需要更深入的探索[7]。CKS1B表达在多种肿瘤中异常升高,明显促进肿瘤增殖、转移、侵袭、化疗抵抗等恶性生物学行为[11,17-18]。CKS1B可以促进SCFSkp2对p21、p27等肿瘤抑制蛋白的降解,从而促使细胞跨越R点,无限增殖[18-20]。CKS1B也能激活丝裂原细胞外信号调节激酶/细胞外信号调节激酶、JANUS激酶2/信号转导和转录激活因子3等重要致癌信号通路,发挥促肿瘤作用[11,21]。本研究发现,CKS1B无论是在肺腺癌组织、还是肺腺癌单细胞或肺腺癌体外细胞系中,均与增殖等恶性肿瘤生物学行为呈正相关,且高表达CKS1B的肺腺癌组织具有更多的基因突变和剧烈的驱动通路突变,这些结果提示CKS1B在肺腺癌发生、发展中可能发挥关键作用,对肺腺癌致癌机制研究有一定提示作用。

综上所述,本研究证明了CKS1B在肺腺癌中具有普遍高表达的特点,且CKS1B和较差临床特征呈正相关,是恶性预后的独立危险因素,同时CKS1B高表达的肺腺癌具有较高的恶性增殖状况和较剧烈的基因突变,表明CKS1B可能在肺腺癌发生、发展中具有重要的作用,有望作为肺腺癌防治的新靶点。当然,本研究需要更深入的体外、体内实验证明CKS1B在肺腺癌中的作用及其具体分子机制,这将在今后的工作中完成。