陸眉,楊曉娟,鄒潔雅,郭瑢,王鑫,張倩,鄧學鵬,陶建芬,聶建云,楊莊青
乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤,發(fā)病率及死亡率高居女性惡性腫瘤首位,嚴重危害女性身心健康[1]。化療是乳腺癌全身治療的重要手段,新輔助化療(neoadjuvant chemotherapy,NAC)指術(shù)前化療,是臨床上常用的全身治療手段,與輔助化療相比,它在保證長期臨床療效的同時還能使無法手術(shù)的腫瘤變得可手術(shù),并提高了保乳手術(shù)的比率[2]。更重要的是,NAC的帶瘤治療可視為一個研究平臺,在該平臺上可以描述傳統(tǒng)抗癌藥物的生物學作用,鑒定預后和尋找預測性生物標志物,并加快靶向藥物的開發(fā)[3]。
乳腺癌NAC療效最為直觀的病理指標是病理完全緩解[4](pathological complete response,pCR)。pCR是指NAC后原發(fā)灶無浸潤性癌殘留以及區(qū)域淋巴結(jié)陰性,分期達到y(tǒng)pT0N0或ypT0/is/ypN0。無論分子亞型或化療方案是否相同,新輔助治療后達到pCR均意味著復發(fā)率約降低80%[5],此外,達pCR患者可獲得更好的長期預后[6]。
乳腺癌的診治已經(jīng)進入了精準醫(yī)學時代,傳統(tǒng)的免疫組織化學已經(jīng)不能滿足乳腺癌個體化治療的預后判斷,需要進一步將基因表達特征納入臨床風險分層,以協(xié)助判斷腫瘤預后[7]。因此,我們選擇乳腺癌NAC患者作為研究對象,以NAC后是否達到術(shù)后pCR作為療效分組指標,通過比對乳腺癌NAC前后不同療效組間基因表達差異,識別乳腺癌化療耐藥相關(guān)基因,為精準治療提供科學數(shù)據(jù)。
經(jīng)昆明醫(yī)科大學第三附屬醫(yī)院倫理委員會批準(倫理審批號:KYLX202134)后,收集2018年9月—2019年3月昆明醫(yī)科大學第三附屬醫(yī)院(云南省腫瘤醫(yī)院)收治的60例乳腺癌患者化療前穿刺癌組織、化療后癌組織(NAC后達pCR的患者無術(shù)后癌組織)標本、臨床及病理特征等。入組標準:(1)簽署知情同意書,自愿加入研究;(2)初診腫瘤大于2 cm,接受NAC;(3)使用基于蒽環(huán)和紫杉類的化療方案,化療不少于6周期,每兩周期化療使用MRI進行療效評估;(4)HER2陽性患者需使用曲妥珠單抗靶向治療。排除因患者個人因素、中途因經(jīng)濟原因或身體原因、無法規(guī)范化行新輔助化療的患者。
1.2.1 標本采集方法 所收集標本均由昆明醫(yī)科大學第三附屬醫(yī)院病理科確診為乳腺癌,采用真空微創(chuàng)旋切針取標本約0.5 g并切碎放置于RNALatte液中,常溫放置10 min后,置于-80°C冰箱保存。
1.2.2 高通量RNA-seq樣本檢測 由北京諾禾致源生物有限公司完成,主要過程包括總RNA樣品檢測、文庫構(gòu)建及庫檢、合格樣本上機測序及原始數(shù)據(jù)處理[8-10]。其中,使用Illumina公司高通量測序平臺(HiSeq/MiSeq)進行測序。
1.2.3 分組標準 本研究根據(jù)NAC后是否達pCR分為化療敏感組及化療耐藥組,患者達術(shù)后pCR視為NAC敏感組,未達pCR(non-pCR)視為NAC不敏感和(或)耐藥組。病理完全緩解[4](pCR)的定義為:NAC后病理診斷乳房及腋窩淋巴結(jié)均未找到癌細胞或僅殘存導管內(nèi)癌,即術(shù)后分期達到y(tǒng)pT0ypN0或ypT0/is/ypN0。
采用卡方檢驗評估不同療效組間患者的基本特征。采用單因素、多因素二元Logistic回歸分析評價臨床病理特征。非參數(shù)U檢驗、W檢驗評估目標預測基因在NAC前后表達差異及不同療效組間表達的差異,建立單因素及多因素Logistic回歸模型,將模型用來制作列線圖并預測每例患者NAC后能達到non-pCR的可能性。采用隨機抽樣法進行內(nèi)部驗證,抽樣次數(shù)設為1 000,用Hosmer-Lemeshow擬合優(yōu)度檢驗評價校正曲線。檢驗方法均采用雙尾檢驗,統(tǒng)計軟件使用SPSS25.0和R軟件3.5.1版,檢驗水準設定P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。
兩組患者臨床特征基線齊,差異無統(tǒng)計學意義,具有可比性,見表1。
表1 新輔助化療pCR組與non-pCR組化療前基本特征Table 1 Basic information of pCR group and non-pCR group before NAC
2.2.1 NAC后療效反應及non-pCR組NAC前后RNA-Seq表達變化接受NAC后,37例(61.7%)患者未獲得pCR(non-pCR),23例(38.3%)患者獲術(shù)后pCR,無化療后癌組織標本,所以僅收取NAC前腫瘤標本。在non-pCR組中,在排除非編碼RNA的基礎(chǔ)上,選取NAC前后上調(diào)或下調(diào)大于2倍、P<0.05的差異基因,其中,化療后殘余癌組織基因表達上調(diào)953個,下調(diào)2 041個,見圖1。
圖1 新輔助化療前(左半部分)后(右半部分)基因表達差異Figure 1 Different gene expressions before (left half part) and after (right half part) neoadjuvant chemotherapy
2.2.2 non-pCR組與pCR組RNA-Seq表達差異 37例non-pCR與23例pCR相比,選取上調(diào)或下調(diào)大于兩倍、P<0.05的差異基因,其中,nonpCR組較pCR組上調(diào)基因457個,下調(diào)基因1 361個,見圖2。
圖2 non-pCR(圖左半部分前37列)與pCR(右半部分后23列)患者部分基因高表達Figure 2 High expression of some genes in non-pCR group (the left anterior 37 columns) and pCR group (the right posterior 23 columns)
2.2.3 乳腺癌NAC潛在耐藥基因的篩選 進一步篩選NAC后表達上調(diào)大于兩倍同時在non-pCR患者中顯著高于pCR患者兩倍的差異基因,最后,共找到滿足條件的基因28個,見圖3。在這28個基因中,通過基因在乳腺癌中的表達量、基因功能、在腫瘤中的相關(guān)研究作為參考指標,最終選定AHNAK、CIDEA、ADIPOQ、AKAP12作為研究對象,它們可能與化療耐藥密切相關(guān),具有預測患者NAC療效的潛力。
圖3 乳腺癌新輔助化療NAC潛在耐藥基因篩選流程Figure 3 Screening of potential drug-resistant genes in breast cancer for NAC
接受NAC后,在37例non-pCR組中,采用非參數(shù)威爾科克森W檢驗(Wilcoxon test)進行評估,結(jié)果顯示,目標預測基因AHNAK、CIDEA、ADIPOQ、AKAP12在NAC前后表達差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05),見圖4。
圖4 AHNAK、CIDEA、ADIPOQ、AKAP12在乳腺癌新輔助化療前后表達箱式圖Figure 4 Box-plot of AHNAK,CIDEA,ADIPOQ,AKAP12 expression before and after NAC in non-pCR group
2.2.4 目標預測因子在NAC前后及pCR組與nonpCR組的表達 接受NAC前,根據(jù)37例non-pCR組與23例pCR組中AHNAK、CIDEA、ADIPOQ、AKAP12的表達中位數(shù)、25%分位數(shù)、75%分位數(shù)繪制箱式圖,采用非參數(shù)曼-惠特尼U檢驗(Mann Whitney U test)評估兩組數(shù)據(jù),結(jié)果顯示,AHNAK、CIDEA、ADIPOQ、AKAP12基因表達在pCR組與non-pCR組間差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05),見圖5。
圖5 pCR組與non-pCR組中RAHNAK、CIDEA、ADIPOQ、AKAP12在乳腺癌新輔助化療前表達箱式圖Figure 5 Box-plot of AHNAK,CIDEA,ADIPOQ and AKAP12 expression before NAC in pCR and non-pCR group
所有臨床指標及表達差異顯著的基因均列入候選變量,通過單因素分析顯示,年齡、T分期、N分期、Ki-67、月經(jīng)狀況與乳腺癌患者接受NAC后是否達到non-pCR無關(guān),而AHNAK、CIDEA、ADIPOQ、AKAP12高表達增加了患者無法達到pCR(non-pCR)的可能性,預測基因的表達差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。將單因素分析中有差異的指標AHNAK、CIDEA、ADIPOQ、AKAP12采用進入法納入多因素模型分析,4個因素均納入時各因子OR均>1(P<0.05),見表2。因此,AHNAK、CIDEA、ADIPOQ、AKAP12的表達量增高可能是乳腺癌患者NAC療效不佳(nonpCR)的危險因素。
表2 乳腺癌新輔助化療療效單因素及多因素分析 (N=60)Table 2 Univariate and multivariate logistic regression analyses for NAC efficacy (N=60)
2.4.1 療效預測模型列線圖繪制 將患者AHNAK、CIDEA、ADIPOQ、AKAP12納入療效預測模型,采用R軟件繪制列線圖,AHNAK、CIDEA、ADIPOQ、AKAP12均為連續(xù)變量(由于各基因表達量較大,故以10為1個單位),見圖6。
圖6 基于AHNAK、CIDEA、ADIPOQ、AKAP12表達構(gòu)建的乳腺癌NAC療效預測模型列線圖Figure 6 Nomogram for efficacy prediction model of NAC on breast cancer based on expression of AHNAK,CIDEA,ADIPOQ and AKAP12
2.4.2 模型預測能力評價 從模型區(qū)分度和校正情況進行模型預測能力評價,首先計算模型的預測值,根據(jù)預測值計算AUC為0.8249(95%CI:0.7227~0.9271),見圖7A。隨后采用bootstrap內(nèi)部驗證,將抽樣次數(shù)設為1 000次,校正后的AUC為0.7761,見圖7B,擬合優(yōu)度檢驗(Hosmer-Lemeshow)P=0.4945,說明模型預測概率和實際概率之間差異無統(tǒng)計學意義??梢姡瑢HNAK、CIDEA、ADIPOQ、AKAP12這4個基因納入乳腺癌NAC療效預測模型,具有良好預測價值。
圖7 乳腺癌新輔助化療預測模型AUC(A)及校正曲線(B)Figure 7 AUC(A) and calibration curves(B) of the prediction model of NAC on breast cancer
化療耐藥是乳腺癌治療失敗的最主要原因,臨床上僅30%~50%患者接受NAC后能獲得pCR。相較于non-pCR的患者,NAC后達到pCR的患者可獲得更好的長期預后[5-6]?;熌退幍漠a(chǎn)生與基因表達存在密切而復雜的關(guān)系,乳腺癌固有的異質(zhì)性使耐藥與基因表達關(guān)系更為復雜。一些原本就更傾向發(fā)生耐藥的亞細胞群,在治療選擇壓力下,擴增或出現(xiàn)進化,最后表現(xiàn)出對治療的抵抗[11]。腫瘤異質(zhì)性意味著乳腺癌耐藥基因的表達存在差異,對化療的敏感度也存在差異,細化乳腺癌分子分型,針對各種類型進行個性化治療是極其必要的[12]。
高通量轉(zhuǎn)錄組測序(RNA sequencing,RNASeq)能夠在單核苷酸水平上對任意物種的所有轉(zhuǎn)錄活動進行檢測,除量化基因的表達外[13],還可檢測到新的轉(zhuǎn)錄本、識別選擇性剪接基因位點、檢測腫瘤異質(zhì)性[14]、鑒定耐藥標志物[15-16]等,通過這些新的生物信息學方法,學者們發(fā)現(xiàn)在乳腺癌NAC前,耐藥基因已存在,化療的干預可使耐藥基因選擇性進化,從而出現(xiàn)耐藥表型[17-20]。因此,對乳腺癌NAC前后標本進行檢測,可識別出與化療療效相關(guān)的基因。
通過全基因轉(zhuǎn)錄組測序我們定位到4個可能導致乳腺癌一線NAC藥物(蒽環(huán)和紫杉類)耐藥的潛在相關(guān)基因。AHNAK是一種蛋白質(zhì)編碼基因,編碼AHNAK核蛋白。在腫瘤耐藥的相關(guān)研究中,Davis等首次報道在乳腺癌細胞系以及荷瘤小鼠模型中AHNAK表達下調(diào)抑制了多柔比星誘導的半胱天冬酶蛋白7的表達和細胞周期停滯,而其過表達則相反[21]。AHNAK作為一種巨型支架蛋白(約700 kDa)[22],是乳腺癌細胞遷移的關(guān)鍵蛋白,并且可通過腫瘤微環(huán)境中囊泡通訊促進癌癥進展,同時,還有研究報道AHNAK的過表達可使乳腺癌細胞系出現(xiàn)多柔比星抗藥性。從本研究結(jié)果來看,AHNAK的高表達提示了乳腺癌新輔助化療耐藥,AHNAK是潛在的耐藥基因,這個結(jié)論與既往學者報道基本相符,但本研究只揭示了AHNAK的高表達使乳腺癌NAC出現(xiàn)耐藥,具體機制需進一步驗證。
AKAP12基因編碼A激酶錨蛋白(The A-kinase anchor proteins),該蛋白是與細胞生長相關(guān)的蛋白質(zhì),在信號轉(zhuǎn)導中用作支架蛋白。在腫瘤耐藥研究中,奧西替尼是EGFR突變肺腺癌的靶向藥物,而ESR1-AKAP12發(fā)生融合可使EGFR突變肺腺癌對奧西替尼產(chǎn)生耐藥[23]。另外,AKAP12顯著誘導前列腺癌細胞對多西紫杉醇的化學耐藥性[24]。本研究鑒定出AKAP12基因的高表達與乳腺癌NAC耐藥相關(guān),是乳腺癌NAC是否獲得pCR的獨立危險因素,研究入組患者使用蒽環(huán)類藥物序貫紫杉類藥物的化療方案,而既往研究提示AKAP12與癌癥紫杉類藥物耐藥相關(guān)。臨床上更換化療藥物時再次穿刺取材格外困難,因此我們無法區(qū)分出AKAP12的過表達是與乳腺癌紫杉類化療耐藥相關(guān)或是與蒽環(huán)類及紫杉類同時相關(guān),需繼續(xù)設計基礎(chǔ)實驗深入研究。
而CIDEA(cell-death-inducing DNA fragment factor 45-like effector A)和脂聯(lián)素(Adiponectin,ADIPOQ)均是脂肪代謝、糖代謝的關(guān)鍵因子,與代謝性疾病密切相關(guān)[25],有研究表明二者在乳腺癌組織及脂肪組織均高表達,CIDEA和ADIPOQ的過表達可促進癌細胞系凋亡,可能對癌細胞的生長具有負性調(diào)節(jié)作用,是惡性腫瘤預后良好的指標[26]。但有學者報道CIDEA在脂肪細胞與乳腺癌細胞之間存在信號交互作用,調(diào)節(jié)乳腺上皮細胞行為,從而出現(xiàn)腫瘤進展[27]。此外,也有研究提示Adipoq-AdipoqR1信號軸可預測轉(zhuǎn)移性腎細胞癌對酪氨酸激酶抑制劑的治療反應,是潛在的治療靶點[28]。然而目前CIDEA和ADIPOQ的表達與乳腺癌患者化療療效的關(guān)系或機制研究尚未見報道,需進一步實驗加以驗證。
乳腺癌精準治療已走在其他癌癥的前列,目前國際上認可檢測BRCA1/2的突變來預測乳腺癌發(fā)生風險,用21基因檢測、70基因檢測評估復發(fā)風險[29],盡管最新的報道提示70基因檢測也可用來預測乳腺癌患者NAC療效,但是,該方面的臨床資料較為匱乏,尚處于探索階段。BluePrint是基于I-SPY2研究的一種根據(jù)蛋白功能對乳腺癌進行分子分型的80基因檢測方法,利用BluePrint方法對MammaPrint風險評估為高風險的乳腺癌患者重新進行分子分型,協(xié)助新輔助化療的選擇,提高了乳腺癌新輔助化療pCR率[30]。I-SPY2研究通過對乳腺癌NAC前后癌組織測序數(shù)據(jù)進一步分析隨訪得出結(jié)果,而BluePrint則是基于I-SPY2研究篩選出可能與乳腺癌NAC療效密切相關(guān)的基因,構(gòu)建了具有預測乳腺癌NAC療效的、相對成熟的基因模型,但BluePrint數(shù)據(jù)主要來源于歐美人群,符合亞裔人群的數(shù)據(jù)模型有待進一步開發(fā)。我們的研究在有限范圍內(nèi)提供了小樣本的數(shù)據(jù),可為今后亞裔人群乳腺癌NAC療效預測模型的構(gòu)建提供數(shù)據(jù)支持。
本研究結(jié)果提示,AHNAK、AKAP12、CIDEA和ADIPOQ的高表達降低了患者獲得pCR的概率,是乳腺癌NAC療效欠佳的危險因素;將AHNAK、AKAP12、CIDEA和ADIPOQ作為因子構(gòu)建的化療療效預測模型,有望成為挑選適合NAC乳腺癌患者人群的新方法。但本研究樣本量有限,具有一定局限性,后續(xù)將進一步采集臨床樣本,通過免疫組織化學、Western blot等方法從蛋白層面去驗證這幾個基因在臨床實踐中的可靠性。