Prédiction de la médecine traditionnelle chinoise ciblée par les gènes différentiels et le mécanisme d'invasion immunitaire du cancer du pancréas sur la base d'un criblage bioinformatique
Le fardeau mondial de l'adénocarcinome canalaire pancréatique (PDAC) a plus que doublé au cours des 25 dernières années, et l'on s'attend à ce qu'il devienne la deuxième cause de décès liés au cancer d'ici à 2030. Le taux moyen de survie à cinq ans des patients atteints de PDAC n'est que de 8%, et jusqu'à 71% des patients courent le risque d'une récidive même après une résection chirurgicale complète. Cette caractéristique tumorale de létalité élevée et de taux de récurrence élevé est déterminée par la composante matricielle serrée (barrière physique) de la PDAC, qui empêche les cellules effectrices immunitaires de s'infiltrer dans la tumeur et permet aux cellules cancéreuses du pancréas d'échapper à la surveillance immunitaire. À l'heure actuelle, de nombreux essais cliniques tentent d'améliorer l'efficacité globale des patients atteints de PDAC par l'immunothérapie, y compris les inhibiteurs de points de contrôle immunitaires, les vaccins contre le cancer, la métastase cellulaire adoptive, etc. L'efficacité clinique de la thérapie par anticorps monoclonaux est faible et aucune percée n'a été réalisée.

Avec l'émergence de l'analyse génétique à haut débit, le profilage de l'expression des gènes est devenu une méthode efficace pour identifier les gènes différentiellement exprimés dans diverses maladies. CIBERSORT est un outil analytique qui utilise des données de microréseaux ou de séquençage de l'ARN pour évaluer l'expression des cellules immunitaires dans un échantillon et obtenir divers ratios de cellules immunitaires. Bien que de nombreuses analyses bioinformatiques aient été menées sur les gènes différentiellement exprimés dans le PDAC, il n'y a pas assez de recherches approfondies sur les mécanismes immunitaires et la prédiction des cibles thérapeutiques, en particulier en ce qui concerne le potentiel thérapeutique de la médecine à base de plantes. La médecine traditionnelle chinoise a acquis une compréhension systématique des maladies courantes telles que la jaunisse et l'ascite associées à la PDAC. En même temps, la médecine traditionnelle chinoise, avec son avantage naturel de multicible, peut intervenir efficacement dans des microenvironnements immunitaires complexes, ce qui mérite d'être exploré plus avant. Cette étude a donc utilisé la base de données Gene Expression Omnibus (GEO) pour sélectionner des échantillons de tissus appariés provenant de patients atteints de PDAC en vue d'une analyse de corrélation. Le mécanisme de la maladie a été exploré au niveau génétique, des différences de survie et des analyses liées au système immunitaire ont été réalisées. L'algorithme de déconvolution CIBERSORT a été utilisé pour décrire le schéma d'infiltration des cellules immunitaires dans les tissus de la PDAC. Enfin, des médicaments traditionnels chinois potentiellement efficaces ont été prédits et analysés de manière exhaustive, fournissant ainsi une base pour la sélection et le développement de médicaments cliniques.

À l'heure actuelle, l'immunothérapie du cancer du pancréas a fait quelques progrès, ce qui a donné de l'espoir au traitement clinique du cancer du pancréas. Cependant, comme le microenvironnement du cancer du pancréas comprend généralement une prolifération cellulaire immunosuppressive, une inactivation des cellules immunitaires et une faible charge mutationnelle de la tumeur, la plupart des résultats de l'immunothérapie ne sont pas satisfaisants. Avec le développement de la technologie à haut débit, Lv et al. ont utilisé de multiples ensembles de données pour exploiter les gènes différentiels du cancer du pancréas, Xiao et al. ont utilisé les gènes différentiels du "cancer de l'inflammation" pour exploiter la médecine traditionnelle chinoise, etc. Cependant, les travaux sur les mécanismes immunitaires de cette maladie sont insuffisants, ce qui ne permet pas d'améliorer le pronostic de survie à long terme des patients. C'est pourquoi cette étude est la première à explorer plus avant les mécanismes d'infiltration immunitaire pertinents et la médecine traditionnelle chinoise potentiellement efficace basée sur les gènes différentiels, dans le but d'améliorer les mécanismes et de promouvoir le développement de médicaments. Tout d'abord, cette étude a sélectionné des puces génétiques appropriées dans la base de données GEO et a comparé les profils d'expression génique d'échantillons de tumeurs pancréatiques et de tissus normaux provenant d'un même patient, obtenant ainsi 2653 gènes exprimés de manière différentielle. Les principaux gènes différentiellement exprimés ont été identifiés par PPI, notamment les gènes liés à la matrice extracellulaire et aux fibres de collagène (COL1A2, COL1A1, COL3A1, COL5A1, COL5A2), la métallopeptidase ADAM (ADAMTS2), le polysaccharide de la membrane basale (LUM), la sous-unité alpha 2 de l'intégrine (ITGA2), la fibronectine (FN1) et la métalloprotéinase matricielle (MMP2). Il a été prouvé que les gènes différentiellement exprimés ci-dessus sont régulés à la hausse dans les tissus tumoraux, qu'ils sont liés au métabolisme du collagène et qu'ils appartiennent principalement aux familles COL1, COL3 et COL5. Parmi eux, l'expression de COL1A2 a été confirmée comme étant la plus élevée dans le tissu par PCR qRT, ce qui indique une grande fiabilité de ce résultat. Contrairement à d'autres tumeurs solides, le microenvironnement tumoral de la PDAC est un environnement matriciel dense contenant des cellules stellaires pancréatiques, des fibroblastes liés au cancer, des cellules immunitaires et une fibrose excessive de la matrice extracellulaire. La réaction de fibrose dense dans la matrice et les changements dans l'environnement immunitaire de la tumeur sont considérés comme les principales raisons de l'échec actuel du traitement de la PDAC. Une analyse de survie plus poussée a révélé que ces gènes exprimés de manière différentielle sont significativement corrélés avec la survie sans récidive chez les patients atteints de PDAC et positivement corrélés avec le degré d'infiltration de diverses cellules tumorales, ce qui suggère que ces gènes peuvent influencer le pronostic clinique des patients atteints de PDAC en modifiant le microenvironnement immunitaire de la tumeur. La manière d'utiliser ce point pour modifier les résultats cliniques est devenue l'une des percées possibles.
Une analyse plus poussée de l'enrichissement GO et KEGG des gènes différentiellement exprimés suggère que leurs processus biologiques impliquent la dégranulation des neutrophiles, la migration, les chimiokines, la différenciation des cellules T auxiliaires, la réponse immunitaire humorale et d'autres processus. Le microenvironnement de la PDAC est essentiellement inflammatoire, et le fait que les chimiokines et d'autres facteurs favorisent le microenvironnement inflammatoire des tumeurs a également été prouvé. Outre les cytokines et les chimiokines, l'activation des neutrophiles est souvent le premier événement moléculaire, suivi de la migration vers le tissu tumoral. Il est clair que les cellules cancéreuses de la PDAC peuvent recruter des neutrophiles polymorphonucléaires à proximité de la tumeur, mais la plupart d'entre eux ne peuvent pas produire de réponses anti-tumorales. Typiquement, une forte abondance de neutrophiles favorise la progression de la PDAC et est associée à un mauvais pronostic ; de récentes expériences in vitro ont montré que les cellules cancéreuses du pancréas induisent la formation de pièges extracellulaires de neutrophiles, favorisant ainsi l'apparition de micrométastases hépatiques de la PDAC ; en même temps, l'hypoxie locale causée par une fibrose importante détermine l'environnement immunitaire, et la libération continue d'espèces réactives de l'oxygène conduit à une hypoxie locale, favorisant ainsi l'infiltration des neutrophiles. Les neutrophiles jouent donc un rôle crucial dans le microenvironnement du cancer du pancréas. En outre, les résultats de cette étude suggèrent que les gènes exprimés de manière différentielle sont directement impliqués dans la différenciation des cellules T et la régulation de l'immunité humorale.

Afin d'explorer plus avant le rôle de l'infiltration immunitaire dans la pathogenèse de la PDAC, cette étude a utilisé la méthode de déconvolution CIBERSORT pour analyser l'ensemble des échantillons tumoraux. Par rapport au tissu pancréatique normal, les macrophages M2 et les cellules CD4+T mémoire au repos ont augmenté de manière significative dans le tissu tumoral, tandis que les cellules CD8+T ont diminué de manière significative. La même tendance a été observée dans les échantillons appariés. Les macrophages M2 produisent des signaux anti-inflammatoires qui favorisent la progression de la tumeur, ce qui est confirmé comme étant l'un des indicateurs de mauvais pronostic du cancer du pancréas. En 2013, une étude observant le degré d'infiltration des cellules immunitaires chez les patients atteints de PDAC par IHC a montré que des niveaux plus élevés de pan macrophages M2 infiltrant la tumeur, de Tregs et de CD4+T étaient significativement associés à une survie plus courte. Dans le modèle de souris PDAC, il a été démontré que les macrophages associés à la tumeur sont des médiateurs de la suppression immunitaire et de l'angiogenèse en libérant des cytokines, des protéases et des facteurs de croissance, et qu'ils favorisent la progression de la tumeur. En outre, il a été démontré que l'inhibition de CCR2 améliore l'efficacité de la chimiothérapie, inhibe les métastases, améliore l'efficacité de la radiothérapie et augmente l'infiltration immunitaire des cellules T en bloquant le recrutement des monocytes dans le microenvironnement tumoral. Par conséquent, les macrophages sont très susceptibles de devenir des cibles potentielles pour de nouvelles stratégies thérapeutiques pour le PDAC humain. On pensait auparavant que le microenvironnement immunosuppresseur de la PDAC, composé de fibroblastes et de fibroblastes, limiterait l'infiltration des cellules T, mais des recherches récentes ont révélé la distribution spatiale spécifique des cellules T. La carte thermique de corrélation montre qu'il existe une corrélation négative significative entre les cellules CD4+T à mémoire de repos et les cellules CD8+T dans le tissu du cancer du pancréas (r=-0,64), qui s'est avérée être l'un des indicateurs de mauvais pronostic, en particulier pour la PDAC. L'infiltration des cellules CD8+T dans le tissu tumoral est étroitement liée aux cellules tumorales et au taux de survie des patients. Récemment, des chercheurs ont souligné que l'établissement d'une immunité efficace chez les survivants à long terme nécessitait une forte abondance de cellules CD8+T dans la tumeur. Il est essentiel de comprendre les facteurs de stimulation des cellules CD8+T et le mécanisme d'infiltration des cellules CD8+T pour développer des plans de traitement de la PDAC. À l'heure actuelle, il n'y a pas de validation à grande échelle de l'association entre les cellules immunitaires infiltrantes de la PDAC, et cette prédiction a une certaine importance de référence.
En médecine traditionnelle chinoise, la PDAC appartient aux catégories "accumulation de la rate", "qi ciblé", "accumulation", "stagnation du qi" et "fu liang". Les résultats de la recherche documentaire sur les séries de cas et de la méta-analyse suggèrent que le traitement combiné de la médecine traditionnelle chinoise pour la PDAC peut réduire efficacement la mortalité des patients et améliorer le pronostic à long terme. La recherche fondamentale récente a révélé que le mécanisme de la médecine traditionnelle chinoise dans le traitement de la PDAC passe principalement par l'amélioration du microenvironnement tumoral, ce qui améliore indirectement les résultats médicaux. Par conséquent, l'exploration du microenvironnement immunitaire de la tumeur est cruciale pour trouver une médecine traditionnelle chinoise efficace. À l'heure actuelle, la pathogenèse de la PDAC dans la médecine traditionnelle chinoise est principalement considérée comme une "insuffisance d'origine mais un excès d'essence", se concentrant sur l'accumulation de chaleur humide et de toxines. Cependant, cette étude prédit que l'efficacité de la médecine traditionnelle chinoise appartient principalement à la catégorie des médicaments qui éliminent la chaleur (Scutellaria baicalensis, Sagittaria angustifolia, écorce de pivoine, herbe pourpre, etc.), suivis par les médicaments toniques (ginseng, eucommia ulmoides, citronnelle, écaille de tortue, colle de peau d'âne, etc. Du point de vue de la localisation de la maladie, en comparaison avec les descriptions de la localisation anatomique et de la fonction physiologique dans les anciens livres de médecine chinoise, la plupart des érudits soutiennent l'attribution du pancréas à la rate parmi les cinq organes. Toutefois, cette étude montre que la grande majorité des prédictions efficaces de la médecine traditionnelle chinoise appartiennent au méridien du foie, suivi des méridiens du poumon et du rein, ce qui suggère que le traitement de la chaleur humide à partir de la théorie du foie, combiné à l'assistance aux déficiences de la rate, peut encore améliorer l'efficacité du traitement. Après recherche, il s'est avéré que cette théorie a fait l'objet d'expériences et de rapports d'examen dispersés, et qu'elle mérite d'être étudiée plus en profondeur afin de parvenir à une compréhension systématique. En outre, cette étude a utilisé la prédiction inverse pour obtenir plusieurs médicaments chinois traditionnels. Parmi les queues de médicaments chinois présentant une corrélation élevée, il a été constaté que les ginsénosides peuvent réduire l'angiogenèse et l'alimentation des cellules tumorales en régulant à la baisse l'expression de la MMP2 et d'autres facteurs ; La curcumine inhibe l'auto-renouvellement des cellules souches de la PDAC par l'activité de la voie de signalisation Wnt/β - Caténine, et peut améliorer la microcirculation locale dans le tissu du modèle de tumeur sous-cutanée de la PDAC, augmenter l'approvisionnement en sang et en oxygène dans le microenvironnement tumoral, et inhiber la réponse au stress hypoxique des cellules tumorales et des cellules stromales ; La littérature ci-dessus soutient certains des résultats prévus par cette étude, mais il y a encore un manque de recherche sur les mécanismes immunitaires liés au traitement de la PDAC par la médecine traditionnelle chinoise.
Cette étude a pris en compte les différences individuelles dans l'analyse des mécanismes immunitaires lors de l'examen des puces à ADN, et a rigoureusement examiné les données expérimentales de la PDAC en utilisant l'analyse d'échantillons appariés. En même temps, étant donné que cette étude est essentiellement une exploration secondaire de données GSE uniques antérieures, différents niveaux ont été utilisés pour vérifier l'expression des principaux gènes exprimés de manière différentielle, ce qui réduit le risque. Toutefois, cette étude présente encore les lacunes suivantes : (1) en raison de la petite taille de l'échantillon, l'analyse des données présente certains biais, et d'autres ensembles de données répondant aux exigences seront inclus pour l'analyse à un stade ultérieur ; (2) l'analyse de l'algorithme de déconvolution CIBERSORT est basée sur des données génétiques limitées, qui peuvent s'écarter des interactions hétérotypiques cellulaires, des facteurs de déclenchement de la maladie et de la plasticité des phénotypes de la maladie. Les essais cliniques et fondamentaux peuvent refléter de manière plus complète et objective l'état immunitaire individuel. En résumé, cette étude est la première à utiliser des techniques bioinformatiques combinées à l'algorithme de déconvolution CIBERSORT pour explorer le mécanisme d'infiltration immunitaire de la PDAC et prédire les médicaments traditionnels chinois potentiellement efficaces, ce qui présente une certaine valeur pour la recherche future dans ce domaine.