Forudsigelse af målrettet traditionel kinesisk medicin ved hjælp af differentierede gener og immuninvasionsmekanisme for kræft i bugspytkirtlen baseret på bioinformatisk screening
Den globale byrde af pancreas ductal adenocarcinoma (PDAC) er mere end fordoblet i løbet af de sidste 25 år, og det forventes at blive den næststørste årsag til kræftrelaterede dødsfald i 2030. Den gennemsnitlige femårige overlevelsesrate for PDAC-patienter er kun 8%, og så mange som 71% af patienterne har risiko for tilbagefald, selv efter fuldstændig kirurgisk resektion. Denne tumorkarakteristik med høj dødelighed og høj tilbagefaldsrate bestemmes af den tætte matrixkomponent (fysiske barriere) i PDAC, som forhindrer immuneffektorceller i at infiltrere i tumoren og gør det muligt for kræftceller i bugspytkirtlen at undslippe immunovervågning. På nuværende tidspunkt forsøger mange kliniske forsøg at forbedre den samlede effekt af PDAC-patienter gennem immunterapi, herunder immuntjekpunktshæmmere, kræftvacciner, adoptivcellemetastase osv. Den kliniske effekt af monoklonal antistofbehandling er dårlig, og der er ikke sket noget gennembrud.

Med fremkomsten af genetisk analyse med høj kapacitet er genekspressionsprofilering blevet en effektiv metode til at identificere forskelligt udtrykte gener i forskellige sygdomme. CIBERSORT er et analytisk værktøj, der bruger microarray-data eller RNA-sekventeringsdata til at evaluere udtrykket af immunceller i en prøve og opnå forskellige immuncelleforhold. Selvom der er udført flere bioinformatiske analyser af forskelligt udtrykte gener i PDAC, mangler der yderligere dybdegående forskning i immunmekanismer og forudsigelse af terapeutiske mål, især med hensyn til det terapeutiske potentiale i urtemedicin. Traditionel kinesisk medicin har skabt en systematisk forståelse af almindelige sygdomme som gulsot og ascites i forbindelse med PDAC. Samtidig kan traditionel kinesisk medicin med sin naturlige fordel ved multi-target effektivt gribe ind i komplekse immunmikromiljøer, hvilket er værd at udforske yderligere. Derfor brugte denne undersøgelse databasen Gene Expression Omnibus (GEO) til at udvælge parrede vævsprøver fra PDAC-patienter til korrelationsanalyse. Sygdomsmekanismen blev udforsket på det genetiske niveau, og der blev udført overlevelsesforskelle og immunrelaterede analyser. CIBERSORT-dekonvolutionsalgoritmen blev brugt til at skildre immuncelleinfiltrationsmønsteret i PDAC-væv. Endelig blev potentielle effektive traditionelle kinesiske lægemidler grundigt forudsagt og screenet, hvilket gav et grundlag for klinisk lægemiddeludvælgelse og -udvikling.

På nuværende tidspunkt har immunterapi af kræft i bugspytkirtlen gjort visse fremskridt, hvilket har bragt håb til klinisk behandling af kræft i bugspytkirtlen. Men fordi mikromiljøet ved kræft i bugspytkirtlen normalt omfatter immunosuppressiv celleproliferation, inaktivering af immunceller og lav tumormutationsbelastning, er de fleste resultater af immunterapien ikke tilfredsstillende. Med udviklingen af high-throughput-teknologi brugte Lv et al. flere datasæt til at udvinde de differentielle kernegener af bugspytkirtelkræft, Xiao et al. brugte "betændelsescancer" differentielle gener til at udvinde traditionel kinesisk medicin osv, som alle har uddybet deres forståelse af den molekylære mekanisme for bugspytkirtelkræft. Arbejdet med de immunrelaterede mekanismer i denne sygdom er imidlertid utilstrækkeligt, hvilket ikke bidrager til at forbedre patienternes langsigtede overlevelsesprognose. Derfor er denne undersøgelse den første til yderligere at udforske de relevante immuninfiltrationsmekanismer og potentiel effektiv traditionel kinesisk medicin baseret på differentierede gener med det formål at forbedre mekanismerne og fremme lægemiddeludviklingen. For det første screenede denne undersøgelse egnede genchips gennem GEO-databasen og sammenlignede genekspressionsprofilerne for bugspytkirteltumor og normale vævsprøver fra den samme individuelle patient og opnåede 2653 forskelligt udtrykte gener. De centrale differentielt udtrykte gener blev identificeret gennem PPI, herunder ekstracellulært matrixvæv og kollagenfibervævsrelaterede gener (COL1A2, COL1A1, COL3A1, COL5A1, COL5A2), ADAM metallopeptidase (ADAMTS2), kældermembranpolysaccharid (LUM), integrin subunit alpha 2 (ITGA2), fibronectin (FN1) og matrix metalloproteinase (MMP2). Ovenstående forskelligt udtrykte gener har vist sig at være opreguleret i tumorvæv, relateret til kollagenmetabolisme, og tilhører for det meste COL1-, COL3- og COL5-familierne. Blandt dem blev udtrykket af COL1A2 bekræftet at være det højeste i vævet ved qRT PCR, hvilket indikerer høj pålidelighed af dette resultat. I modsætning til andre solide tumorer er PDAC-tumormikromiljøet et tæt matrixmiljø, der indeholder pankreatiske stellatceller, kræftrelaterede fibroblaster, immunceller og overdreven fibrose i den ekstracellulære matrix. Den tætte fibrosereaktion i matrixen og ændringer i tumorens immunmiljø anses for at være hovedårsagerne til, at den nuværende PDAC-behandling ikke lykkes. Yderligere overlevelsesanalyse afslørede, at disse centrale differentielt udtrykte gener er signifikant korreleret med RFS hos PDAC-patienter og positivt korreleret med graden af infiltration af forskellige tumorceller, hvilket tyder på, at disse gener kan formidle den kliniske prognose for PDAC-patienter ved at ændre tumorens immunmikromiljø. Hvordan man bruger dette punkt til at ændre de kliniske resultater, er blevet et af de mulige gennembrud.
Yderligere GO- og KEGG-berigelsesanalyser af forskelligt udtrykte gener tyder på, at deres biologiske processer involverer neutrofil degranulering, migration, kemokiner, T-hjælpercelledifferentiering, humoral immunrespons og andre processer. PDAC-mikromiljøet er hovedsageligt inflammatorisk, og det er også bevist, at kemokiner og andre faktorer fremmer det inflammatoriske mikromiljø i tumorer. Ud over cytokiner og kemokiner er aktivering af neutrofiler ofte den første molekylære begivenhed, efterfulgt af migration mod tumorvæv. Det er tydeligt, at PDAC-cancerceller kan rekruttere polymorfonukleære neutrofiler i nærheden af tumoren, men de fleste af dem kan ikke producere anti-tumorresponser. Typisk fremmer høj overflod af neutrofiler progressionen af PDAC og er forbundet med dårlig prognose; Nylige in vitro-eksperimenter har vist, at kræftceller i bugspytkirtlen inducerer dannelsen af ekstracellulære fælder af neutrofiler og derved fremmer forekomsten af levermikrometastase af PDAC; Samtidig bestemmer den lokale hypoxi forårsaget af høj fibrose immunmiljøet, og den kontinuerlige frigivelse af reaktive iltarter fører til lokal hypoxi og forbedrer dermed neutrofil infiltration. Derfor er neutrofiler afgørende i mikromiljøet for kræft i bugspytkirtlen. Desuden tyder resultaterne af denne undersøgelse på, at forskelligt udtrykte gener er direkte involveret i T-celledifferentiering og humoral immunregulering.

For yderligere at udforske immuninfiltrationens rolle i patogenesen af PDAC brugte denne undersøgelse CIBERSORT-dekonvolutionsmetoden til at analysere de samlede tumorprøver. Sammenlignet med normalt bugspytkirtelvæv var M2-makrofager og CD4+T-celler i hvilehukommelse signifikant forøget i tumorvæv, mens CD8+T-celler var signifikant reduceret. Den samme tendens blev observeret i parrede prøver. M2-makrofager producerer antiinflammatoriske signaler, der fremmer tumorprogression, hvilket er bekræftet at være en af indikatorerne for dårlig prognose for kræft i bugspytkirtlen. I 2013 viste en undersøgelse, der observerede graden af immuncelleinfiltration hos PDAC-patienter gennem IHC, at højere niveauer af tumorinfiltrerende pan-makrofager M2, Tregs og CD4+T var signifikant forbundet med kortere overlevelse. I PDAC-musemodellen er det blevet påvist, at tumorassocierede makrofager medierer immunsuppression og angiogenese ved at frigive cytokiner, proteaser og vækstfaktorer og fremmer tumorprogression. Desuden har hæmning af CCR2 vist sig at forbedre effekten af kemoterapi, hæmme metastase, forbedre effekten af strålebehandling og øge immuninfiltrationen af T-celler ved at blokere rekrutteringen af monocytter i tumormikromiljøet. Derfor er det meget sandsynligt, at makrofager bliver potentielle mål for nye terapeutiske strategier for PDAC hos mennesker. Det blev tidligere antaget, at PDAC's immunsuppressive mikromiljø bestående af fibroblaster og fibroblaster ville begrænse infiltrationen af T-celler, men nyere forskning har afsløret den specifikke rumlige fordeling af T-celler, da korrelationsvarmekortet viser, at der er en signifikant negativ sammenhæng mellem CD4+T-celler i hvilehukommelsen og CD8+T-celler i bugspytkirtelkræftvæv (r=-0,64), hvilket har vist sig at være en af indikatorerne for dårlig prognose, især PDAC. Infiltrationen af CD8+T-celler i tumorvæv er tæt forbundet med tumorceller og patientens overlevelsesrate. For nylig har forskere understreget, at etablering af vellykket immunitet hos langtidsoverlevere kræver en høj forekomst af CD8+T-celler i tumoren. At forstå de drivende faktorer for CD8+T-celler og infiltrationsmekanismen for CD8+T-celler er afgørende for at videreudvikle PDAC-behandlingsplaner. På nuværende tidspunkt mangler der en storstilet validering af sammenhængen mellem PDAC-immuninfiltrerende celler, og denne forudsigelse har en vis referencebetydning.
PDAC i traditionel kinesisk medicin hører til kategorierne "miltakkumulering", "målrettet qi", "akkumulering", "qi-stagnation" og "fu liang". Resultaterne af case-serielitteraturforskning og metaanalyse tyder på, at kombineret traditionel kinesisk medicinbehandling af PDAC effektivt kan reducere patientdødeligheden og forbedre den langsigtede prognose. Nyere grundforskning har afsløret, at mekanismen for traditionel kinesisk medicin til behandling af PDAC hovedsageligt er gennem forbedring af tumorens mikromiljø, hvilket indirekte forbedrer de medicinske resultater. Derfor er det afgørende at udforske tumorens immunmikromiljø for at finde effektiv traditionel kinesisk medicin. På nuværende tidspunkt antages patogenesen af PDAC i traditionel kinesisk medicin for det meste at være "mangel på oprindelse, men overskud af essens" med fokus på ophobning af fugtig varme og toksin. Denne undersøgelse forudsiger imidlertid, at effekten af traditionel kinesisk medicin hovedsageligt hører til kategorien varmerydning (Scutellaria baicalensis, Sagittaria angustifolia, pæonbark, lilla græs osv.), Efterfulgt af toniske lægemidler (ginseng, eucommia ulmoides, citrongræs, skildpaddeskal, æselhudlim osv. Set ud fra sygdommens placering, sammenlignet med beskrivelserne af anatomisk placering og fysiologisk funktion i gamle kinesiske medicinbøger, støtter de fleste forskere at tilskrive bugspytkirtlen til milten blandt de fem organer. Denne undersøgelse viser imidlertid, at langt de fleste effektive forudsigelser af traditionel kinesisk medicin tilhører levermeridianen, efterfulgt af lunge- og nyremeridianerne, hvilket tyder på, at behandling af fugtig varme fra leverteorien kombineret med hjælp til miltmangel måske kan forbedre behandlingseffektiviteten yderligere. Efter søgning blev det konstateret, at denne teori har spredte erfaringer og gennemgangsrapporter og er værd at udforske yderligere for at danne en systematisk forståelse. Derudover brugte denne undersøgelse omvendt forudsigelse til at få flere traditionelle kinesiske lægemidler. Blandt de kinesiske medicinkøer med høj korrelation blev det konstateret, at ginsenosider kan reducere angiogenese og tumorcelleernæringsforsyning ved at nedregulere udtrykket af MMP2 og andre faktorer; Curcumin hæmmer selvfornyelse af PDAC-stamceller gennem aktiviteten af Wnt / β - Catenin-signalvejen og kan forbedre lokal mikrocirkulation i PDAC subkutan transplantation af tumormodelvæv, øge blod- og iltforsyningen i tumormikromiljøet og hæmme den hypoxiske stressrespons af tumorceller og stromaceller; Ovenstående litteratur understøtter nogle af de forudsagte resultater af denne undersøgelse, men der mangler stadig forskning i immunmekanismerne relateret til traditionel kinesisk medicinbehandling af PDAC.
Denne undersøgelse tog højde for individuelle forskelle i analysen af immunmekanismer ved screening af genchips og screenede PDAC-eksperimentelle data grundigt ved hjælp af analyse af parrede prøver. I betragtning af at denne undersøgelse i det væsentlige er en sekundær minedrift af tidligere enkelt GSE-data, blev der samtidig brugt forskellige niveauer til at verificere udtrykket af centrale differentielt udtrykte gener, hvilket reducerede risikoen. Denne undersøgelse har dog stadig følgende mangler: (1) På grund af den lille prøvestørrelse har dataanalysen en vis bias, og flere datasæt, der opfylder kravene, vil blive inkluderet til analyse i den senere fase; (2) CIBERSORT-dekonvolutionsalgoritmeanalysen er baseret på begrænsede genetiske data, som kan afvige fra cellulære heterotypiske interaktioner, sygdomsudløsende faktorer og sygdomsfænotypers plasticitet. Kliniske og grundlæggende forsøg kan mere omfattende og objektivt afspejle individuel immunstatus. Sammenfattende er denne undersøgelse den første, der bruger bioinformatiske teknikker kombineret med CIBERSORT-dekonvolutionsalgoritme til at udforske immuninfiltrationsmekanismen i PDAC og forudsige potentielle effektive traditionelle kinesiske lægemidler, hvilket har en vis værdi for fremtidig forskning på dette område.