Predicción de la medicina tradicional china dirigida por genes diferenciales y el mecanismo de invasión inmune del cáncer de páncreas basado en el cribado bioinformático
La carga mundial de adenocarcinoma ductal pancreático (PDAC) se ha más que duplicado en los últimos 25 años, y se espera que se convierta en la segunda causa principal de muertes relacionadas con el cáncer en 2030. La tasa media de supervivencia a cinco años de los pacientes con PDAC es de sólo 8%, y hasta 71% de los pacientes se enfrentan al riesgo de recurrencia incluso tras una resección quirúrgica completa. Esta característica tumoral de alta letalidad y elevada tasa de recurrencia viene determinada por el componente de matriz estrecha (barrera física) del PDAC, que impide que las células efectoras inmunitarias se infiltren en el tumor y permite a las células cancerosas pancreáticas escapar a la vigilancia inmunitaria. En la actualidad, muchos ensayos clínicos intentan mejorar la eficacia general de los pacientes con PDAC mediante inmunoterapia, incluidos los inhibidores del punto de control inmunitario, las vacunas contra el cáncer, la metástasis celular adoptiva, etc. La eficacia clínica de la terapia con anticuerpos monoclonales es escasa y no se ha logrado ningún avance.

Con la aparición de los análisis genéticos de alto rendimiento, los perfiles de expresión génica se han convertido en un método eficaz para identificar genes expresados diferencialmente en diversas enfermedades. CIBERSORT es una herramienta analítica que utiliza datos de microarrays o datos de secuenciación de ARN para evaluar la expresión de células inmunitarias en una muestra y obtener diversos ratios de células inmunitarias. Aunque se han realizado múltiples análisis bioinformáticos sobre los genes expresados diferencialmente en el PDAC, faltan más investigaciones en profundidad sobre los mecanismos inmunitarios y la predicción de dianas terapéuticas, especialmente en lo que respecta al potencial terapéutico de la fitoterapia. La medicina tradicional china ha adquirido un conocimiento sistemático de enfermedades comunes como la ictericia y la ascitis asociadas al PDAC. Al mismo tiempo, la medicina tradicional china, con su ventaja natural de multiobjetivo, puede intervenir eficazmente en microambientes inmunitarios complejos, lo que merece una mayor exploración. Por lo tanto, este estudio utilizó la base de datos Gene Expression Omnibus (GEO) para seleccionar muestras de tejido emparejadas de pacientes con PDAC para el análisis de correlación. Se exploró el mecanismo de la enfermedad a nivel genético, se realizaron diferencias de supervivencia y análisis relacionados con la inmunidad. Se utilizó el algoritmo de deconvolución CIBERSORT para representar el patrón de infiltración de células inmunitarias en los tejidos de PDAC. Por último, se predijo y analizó de forma exhaustiva la eficacia potencial de los medicamentos tradicionales chinos, lo que proporcionó una base para la selección y el desarrollo de fármacos clínicos.

En la actualidad, la inmunoterapia del cáncer de páncreas ha logrado algunos avances, lo que ha aportado esperanzas al tratamiento clínico del cáncer de páncreas. Sin embargo, debido a que el microambiente del cáncer de páncreas suele incluir proliferación celular inmunosupresora, inactivación de células inmunitarias y baja carga de mutaciones tumorales, la mayoría de los resultados de la inmunoterapia no son satisfactorios. Con el desarrollo de la tecnología de alto rendimiento, Lv et al. utilizaron múltiples conjuntos de datos para minar los genes centrales diferenciales del cáncer de páncreas, Xiao et al. utilizaron los genes diferenciales del "cáncer de inflamación" para minar la medicina tradicional china, etc., todos los cuales han profundizado en la comprensión del mecanismo molecular del cáncer de páncreas. Sin embargo, los trabajos sobre los mecanismos relacionados con el sistema inmunitario de esta enfermedad son insuficientes, lo que no contribuye a mejorar el pronóstico de supervivencia a largo plazo de los pacientes. Por lo tanto, este estudio es el primero en explorar más a fondo los mecanismos relevantes de infiltración inmune y la potencial eficacia de la medicina tradicional china basada en genes diferenciales, con el objetivo de mejorar los mecanismos y promover el desarrollo de fármacos. En primer lugar, este estudio examinó chips de genes adecuados a través de la base de datos GEO y comparó los perfiles de expresión génica de muestras de tumor pancreático y tejido normal del mismo paciente individual, obteniendo 2653 genes expresados diferencialmente. Los principales genes expresados de forma diferencial se identificaron mediante PPI, incluidos los genes relacionados con el tejido de la matriz extracelular y el tejido de fibra de colágeno (COL1A2, COL1A1, COL3A1, COL5A1, COL5A2), la metaloproteinasa ADAM (ADAMTS2), el polisacárido de la membrana basal (LUM), la subunidad alfa 2 de la integrina (ITGA2), la fibronectina (FN1) y la metaloproteinasa de matriz (MMP2). Se ha demostrado que los genes expresados de forma diferencial anteriormente mencionados están regulados al alza en los tejidos tumorales, están relacionados con el metabolismo del colágeno y pertenecen en su mayoría a las familias COL1, COL3 y COL5. Entre ellos, se confirmó que la expresión de COL1A2 era la más alta en el tejido mediante qRT PCR, lo que indica la alta fiabilidad de este resultado. A diferencia de otros tumores sólidos, el microambiente tumoral del PDAC es un entorno de matriz densa que contiene células estrelladas pancreáticas, fibroblastos relacionados con el cáncer, células inmunitarias y fibrosis excesiva de la matriz extracelular. La respuesta de fibrosis densa en la matriz y los cambios en el entorno inmunitario del tumor se consideran las principales razones del fracaso actual del tratamiento del PDAC. Otros análisis de supervivencia revelaron que estos genes expresados diferencialmente en el núcleo están significativamente correlacionados con la RFS en pacientes con PDAC, y positivamente correlacionados con el grado de infiltración de diversas células tumorales, lo que sugiere que estos genes pueden mediar en el pronóstico clínico de los pacientes con PDAC mediante la alteración del microambiente inmune del tumor. Cómo utilizar este punto para cambiar los resultados clínicos se ha convertido en uno de los posibles avances.
Otros análisis de enriquecimiento GO y KEGG de genes expresados diferencialmente sugieren que sus procesos biológicos implican la degranulación de neutrófilos, la migración, las quimiocinas, la diferenciación de células T helper, la respuesta inmunitaria humoral y otros procesos. El microambiente del PDAC es esencialmente inflamatorio, y también se ha demostrado que las quimiocinas y otros factores promueven el microambiente inflamatorio de los tumores. Además de las citocinas y las quimiocinas, la activación de los neutrófilos suele ser el primer acontecimiento molecular, seguido de la migración hacia el tejido tumoral. Está claro que las células cancerosas del PDAC pueden reclutar neutrófilos polimorfonucleares en las proximidades del tumor, pero la mayoría de ellos no pueden producir respuestas antitumorales. Por lo general, la elevada abundancia de neutrófilos favorece la progresión del PDAC y se asocia a un mal pronóstico; recientes experimentos in vitro han demostrado que las células cancerosas pancreáticas inducen la formación de trampas extracelulares de neutrófilos, favoreciendo así la aparición de micrometástasis hepáticas de PDAC; al mismo tiempo, la hipoxia local causada por la elevada fibrosis determina el entorno inmunitario, y la liberación continua de especies reactivas de oxígeno conduce a la hipoxia local, potenciando así la infiltración de neutrófilos. Por lo tanto, los neutrófilos son cruciales en el microentorno del cáncer de páncreas. Además, los resultados de este estudio sugieren que los genes expresados diferencialmente están directamente implicados en la diferenciación de las células T y en la regulación inmunitaria humoral.

Para explorar más a fondo el papel de la infiltración inmunitaria en la patogénesis del PDAC, este estudio utilizó el método de deconvolución CIBERSORT para analizar las muestras tumorales globales. En comparación con el tejido pancreático normal, los macrófagos M2 y las células CD4+T de memoria en reposo aumentaron significativamente en el tejido tumoral, mientras que las células CD8+T disminuyeron significativamente. La misma tendencia se observó en las muestras emparejadas. Los macrófagos M2 producen señales antiinflamatorias que promueven la progresión tumoral, lo que se confirma como uno de los indicadores de mal pronóstico del cáncer de páncreas. En 2013, un estudio que observaba el grado de infiltración de células inmunitarias en pacientes con PDAC mediante IHC mostró que los niveles más altos de macrófagos pan infiltrantes tumorales M2, Tregs y CD4+T se asociaban significativamente con una menor supervivencia. En el modelo de ratón de PDAC, se ha demostrado que los macrófagos asociados al tumor median en la inmunosupresión y la angiogénesis mediante la liberación de citoquinas, proteasas y factores de crecimiento, y promueven la progresión tumoral. Además, se ha demostrado que la inhibición de CCR2 mejora la eficacia de la quimioterapia, inhibe la metástasis, mejora la eficacia de la radioterapia y aumenta la infiltración inmunitaria de células T al bloquear el reclutamiento de monocitos en el microambiente tumoral. Por lo tanto, es muy probable que los macrófagos se conviertan en objetivos potenciales de nuevas estrategias terapéuticas para el PDAC humano. Anteriormente se creía que el microambiente inmunosupresor del PDAC, compuesto por fibroblastos y fibroblastos, limitaría la infiltración de células T, pero investigaciones recientes han revelado la distribución espacial específica de las células T, ya que el mapa de calor de correlación muestra que existe una correlación negativa significativa entre las células T CD4+ de memoria en reposo y las células T CD8+ en el tejido del cáncer de páncreas (r=-0,64), que ha demostrado ser uno de los indicadores de mal pronóstico, especialmente en el PDAC. La infiltración de células CD8+T en el tejido tumoral está estrechamente relacionada con las células tumorales y la tasa de supervivencia de los pacientes. Recientemente, los estudiosos han destacado que el establecimiento de una inmunidad exitosa en los supervivientes a largo plazo requiere una gran abundancia de células CD8+T dentro del tumor. Comprender los factores impulsores de las células CD8+T y el mecanismo de infiltración de las células CD8+T es crucial para seguir desarrollando planes de tratamiento del PDAC. En la actualidad, se carece de una validación a gran escala de la asociación entre las células inmunitarias infiltrantes de PDAC, y esta predicción tiene cierta importancia de referencia.
El PDAC en la medicina tradicional china pertenece a las categorías de "acumulación de bazo", "qi dirigido", "acumulación", "estancamiento de qi" y "fu liang". Los resultados de la investigación bibliográfica de series de casos y el metaanálisis sugieren que el tratamiento combinado de medicina tradicional china para el PDAC puede reducir eficazmente la mortalidad de los pacientes y mejorar el pronóstico a largo plazo. La investigación básica reciente ha revelado que el mecanismo de la medicina tradicional china en el tratamiento de PDAC es principalmente a través de la mejora del microambiente tumoral, mejorando indirectamente los resultados médicos. Por lo tanto, explorar el microambiente inmunológico del tumor es crucial para encontrar una medicina tradicional china eficaz. En la actualidad, se cree que la patogénesis del PDAC en la medicina tradicional china es principalmente "deficiencia de origen pero exceso de esencia", centrándose en la acumulación de calor húmedo y toxinas. Sin embargo, este estudio predice que la eficacia de la medicina tradicional china pertenece principalmente a la categoría de la eliminación del calor (Scutellaria baicalensis, Sagittaria angustifolia, corteza de peonía, hierba púrpura, etc.), seguida de los fármacos tónicos (ginseng, eucommia ulmoides, hierba limón, caparazón de tortuga, pegamento de piel de asno, etc.), lo que se ajusta a la patogénesis de la medicina tradicional china. Desde la perspectiva de la localización de la enfermedad, en comparación con las descripciones de la localización anatómica y la función fisiológica en los antiguos libros de medicina china, la mayoría de los estudiosos apoyan la atribución del páncreas al bazo entre los cinco órganos. Sin embargo, este estudio muestra que la gran mayoría de las predicciones eficaces de la medicina tradicional china pertenecen al meridiano del hígado, seguido de los meridianos del pulmón y el riñón, lo que sugiere que tal vez el tratamiento del calor húmedo de la teoría del hígado combinado con la asistencia a la deficiencia del bazo puede mejorar aún más la eficacia del tratamiento. Después de la búsqueda, se encontró que esta teoría tiene experiencias dispersas e informes de revisión, y vale la pena explorar más a fondo para formar una comprensión sistemática. Además, este estudio utilizó la predicción inversa para obtener varias medicinas tradicionales chinas. Entre las colas de medicina china con alta correlación, se encontró que los ginsenósidos pueden reducir la angiogénesis y el suministro de nutrición de las células tumorales mediante la regulación a la baja de la expresión de MMP2 y otros factores; La curcumina inhibe la autorrenovación de las células madre de PDAC a través de la actividad de la vía de señalización Wnt/β - Catenina, y puede mejorar la microcirculación local en el tejido del modelo tumoral de trasplante subcutáneo de PDAC, aumentar el suministro de sangre y oxígeno en el microambiente tumoral, e inhibir la respuesta de estrés hipóxico de las células tumorales y las células estromales; La literatura anterior apoya algunos de los resultados previstos de este estudio, pero todavía hay una falta de investigación sobre los mecanismos inmunológicos relacionados con el tratamiento de PDAC con la medicina tradicional china.
En este estudio se tuvieron en cuenta las diferencias individuales en el análisis del mecanismo inmunitario a la hora de seleccionar los chips de genes, y se examinaron rigurosamente los datos experimentales de PDAC mediante el análisis de muestras emparejadas. Al mismo tiempo, teniendo en cuenta que este estudio es esencialmente una minería secundaria de datos GSE individuales anteriores, se utilizaron diferentes niveles para verificar la expresión de los genes expresados diferencialmente centrales, reduciendo el riesgo. Sin embargo, este estudio sigue presentando las siguientes deficiencias: (1) Debido al pequeño tamaño de la muestra, el análisis de los datos presenta cierto sesgo, por lo que se incluirán más conjuntos de datos que cumplan los requisitos para su análisis en una fase posterior; (2) El análisis del algoritmo de deconvolución CIBERSORT se basa en datos genéticos limitados, que pueden desviarse de las interacciones heterotípicas celulares, los factores desencadenantes de la enfermedad y la plasticidad de los fenotipos de la enfermedad. Los ensayos clínicos y básicos pueden reflejar de forma más exhaustiva y objetiva el estado inmunitario individual. En resumen, este estudio es el primero en utilizar técnicas bioinformáticas combinadas con el algoritmo de deconvolución CIBERSORT para explorar el mecanismo de infiltración inmunitaria del PDAC y predecir posibles medicinas tradicionales chinas eficaces, lo que tiene cierto valor para futuras investigaciones en este campo.