Célzott hagyományos kínai gyógyszerek előrejelzése a hasnyálmirigyrák differenciális génjei és immuninváziós mechanizmusa alapján bioinformatikai szűrés alapján
A hasnyálmirigyduktus adenokarcinóma (PDAC) globális terhe az elmúlt 25 évben több mint kétszeresére nőtt, és 2030-ra várhatóan a rák okozta halálozások második vezető okává válik. A PDAC-betegek átlagos ötéves túlélési aránya mindössze 8%, és a betegek 71%-ének még a teljes sebészi eltávolítás után is fennáll a kiújulás kockázata. A magas letalitási és magas kiújulási arány tumorjellemzőjét a PDAC szoros mátrixkomponense (fizikai gát) határozza meg, amely megakadályozza az immunhatású sejtek beszivárgását a tumorba, és lehetővé teszi a hasnyálmirigyrákos sejtek számára, hogy elkerüljék az immunfelügyeletet. Jelenleg számos klinikai vizsgálat próbálja javítani a PDAC betegek általános hatékonyságát immunterápiával, beleértve az immunellenőrzési pont gátlókat, a rák elleni vakcinákat, az adoptív sejtmetasztázisokat stb. A monoklonális antitestterápia klinikai hatékonysága gyenge, és nem sikerült áttörést elérni.

A nagy áteresztőképességű genetikai elemzések megjelenésével a génexpressziós profilok hatékony módszerré váltak a különböző betegségekben differenciálisan kifejeződő gének azonosítására. A CIBERSORT egy olyan analitikai eszköz, amely a microarray-adatok vagy az RNS-szekvenálási adatok felhasználásával értékeli az immunsejtek expresszióját egy mintában, és különböző immunsejt-arányokat kap. Bár több bioinformatikai elemzést végeztek a PDAC-ban differenciálisan kifejezett génekről, hiányzik az immunmechanizmusok és a terápiás célpontok előrejelzésének további mélyreható kutatása, különösen a növényi gyógyszerek terápiás potenciáljának tekintetében. A hagyományos kínai orvoslás szisztematikus megértést alakított ki az olyan gyakori betegségekről, mint a PDAC-hez társuló sárgaság és aszcitisz. Ugyanakkor a hagyományos kínai orvoslás a többcélúság természetes előnyével hatékonyan beavatkozhat a komplex immunmikrokörnyezetbe, ami további kutatást érdemel. Ezért ez a tanulmány a Gene Expression Omnibus (GEO) adatbázist használta fel a PDAC betegek párosított szövetmintáinak kiválasztására a korrelációs elemzéshez. A betegség mechanizmusát genetikai szinten vizsgáltuk, túlélési különbségeket és immunrendszerrel kapcsolatos elemzéseket végeztünk. A CIBERSORT dekonvolúciós algoritmust használták az immunsejtek beszivárgási mintázatának ábrázolására a PDAC-szövetekben. Végül a potenciálisan hatékony hagyományos kínai gyógyszereket átfogóan megjósolták és átvilágították, ami alapot szolgáltatott a klinikai gyógyszerkiválasztáshoz és -fejlesztéshez.

Jelenleg a hasnyálmirigyrák immunterápiája némi előrelépést ért el, ami reményt adott a hasnyálmirigyrák klinikai kezelésének. Mivel azonban a hasnyálmirigyrák mikrokörnyezete általában immunszuppresszív sejtburjánzást, immunsejt-inaktivációt és alacsony tumormutációs terhelést tartalmaz, az immunterápia eredményei többnyire nem kielégítőek. A nagy áteresztőképességű technológia fejlődésével Lv et al. több adatkészletet használt a hasnyálmirigyrák differenciális maggénjeinek bányászatához, Xiao et al. "gyulladásos rák" differenciális géneket használt a hagyományos kínai orvoslás bányászatához stb., amelyek mind elmélyítették a hasnyálmirigyrák molekuláris mechanizmusának megértését. A betegség immunrendszerrel kapcsolatos mechanizmusaival kapcsolatos munka azonban elégtelen, ami nem segíti elő a betegek hosszú távú túlélési prognózisának javítását. Ezért ez a tanulmány az első, amely tovább vizsgálja a releváns immunszűrő mechanizmusokat és a potenciálisan hatékony hagyományos kínai orvoslást a differenciális gének alapján, azzal a céllal, hogy javítsa a mechanizmusokat és elősegítse a gyógyszerfejlesztést. Először is, ez a tanulmány a GEO-adatbázison keresztül szűrte a megfelelő génchipeket, és összehasonlította a hasnyálmirigy-tumor és az azonos egyéni betegből származó normál szövetminták génexpressziós profiljait, 2653 differenciálisan kifejezett gént kapva. A legfontosabb differenciálisan expresszált géneket PPI segítségével azonosították, beleértve az extracelluláris mátrixszövethez és a kollagénszálakhoz kapcsolódó szöveti géneket (COL1A2, COL1A1, COL3A1, COL5A1, COL5A2), ADAM metallopeptidázt (ADAMTS2), bazálmembrán poliszacharidot (LUM), integrin alegység alfa 2 (ITGA2), fibronektint (FN1) és mátrix metalloproteinázt (MMP2). A fenti differenciálisan expresszálódó génekről bebizonyosodott, hogy a tumorszövetekben felfelé szabályozottak, a kollagén anyagcserével kapcsolatosak, és többnyire a COL1, COL3 és COL5 családokba tartoznak. Közülük qRT PCR segítségével a COL1A2 expressziója bizonyult a legmagasabbnak a szövetben, ami az eredmény nagyfokú megbízhatóságát jelzi. Más szolid tumoroktól eltérően a PDAC tumor mikrokörnyezete sűrű mátrixkörnyezet, amely hasnyálmirigy-csillagsejteket, rákhoz kapcsolódó fibroblasztokat, immunsejteket és az extracelluláris mátrix túlzott mértékű fibrózisát tartalmazza. A mátrix sűrű fibrózisválaszát és a tumor immunkörnyezetének változásait tartják a PDAC kezelés jelenlegi sikertelenségének fő okának. A további túlélési elemzés kimutatta, hogy ezek a központi differenciálisan expresszálódó gének szignifikánsan korrelálnak a PDAC betegek RFS-ével, és pozitívan korrelálnak a különböző tumorsejtek infiltrációjának mértékével, ami arra utal, hogy ezek a gének közvetíthetik a PDAC betegek klinikai prognózisát a tumor immunmikrokörnyezetének megváltoztatásával. Az egyik lehetséges áttöréssé vált, hogyan lehet ezt a pontot a klinikai eredmények megváltoztatására felhasználni.
A differenciálisan expresszált gének további GO és KEGG gazdagodási elemzése arra utal, hogy biológiai folyamataik neutrofil degranulációval, migrációval, kemokinekkel, T-helper sejtek differenciálódásával, humorális immunválaszokkal és más folyamatokkal kapcsolatosak. A PDAC mikrokörnyezete alapvetően gyulladásos, és az is bizonyított tény, hogy a kemokinek és más tényezők elősegítik a daganatok gyulladásos mikrokörnyezetét. A citokinek és kemokinek mellett gyakran a neutrofilek aktivációja az első molekuláris esemény, amelyet a tumorszövet felé történő migráció követ. Egyértelmű, hogy a PDAC rákos sejtek képesek polimorfonukleáris neutrofileket toborozni a tumor közelébe, de többségük nem képes tumorellenes választ produkálni. Jellemzően a neutrofilek nagyszámú előfordulása elősegíti a PDAC progresszióját, és rossz prognózissal jár együtt; A legújabb in vitro kísérletek kimutatták, hogy a hasnyálmirigyrákos sejtek a neutrofilek extracelluláris csapdáinak kialakulását indukálják, ezáltal elősegítik a PDAC máj-mikrometasztázisának előfordulását; Ugyanakkor a magas fibrózis okozta helyi hipoxia meghatározza az immunkörnyezetet, és a reaktív oxigénfajok folyamatos felszabadulása helyi hipoxiához vezet, így fokozza a neutrofil infiltrációt. Ezért a neutrofilek kulcsfontosságúak a hasnyálmirigyrák mikrokörnyezetében. Ezen túlmenően, e tanulmány eredményei arra utalnak, hogy a differenciálisan expresszálódó gének közvetlenül részt vesznek a T-sejtek differenciálódásában és a humorális immunrendszer szabályozásában.

Az immuninfiltrációnak a PDAC patogenezisében játszott szerepének további feltárása érdekében ez a tanulmány a CIBERSORT dekonvolúciós módszert alkalmazta a teljes tumorminták elemzéséhez. A normál hasnyálmirigyszövethez képest az M2 makrofágok és a nyugalmi memória CD4+T sejtek szignifikánsan megnövekedtek a tumorszövetben, míg a CD8+T sejtek szignifikánsan csökkentek. Ugyanez a tendencia volt megfigyelhető a párosított mintákban is. Az M2 makrofágok gyulladáscsökkentő jeleket termelnek, amelyek elősegítik a tumor progresszióját, ami megerősítést nyert, hogy a hasnyálmirigyrák rossz prognózisának egyik indikátora. 2013-ban egy tanulmány, amely az immunsejtek beszűrődésének mértékét figyelte meg PDAC betegeknél IHC segítségével, kimutatta, hogy a tumorba beszűrődő M2 pán makrofágok, Tregek és CD4+T magasabb szintje szignifikánsan összefüggött a rövidebb túléléssel. PDAC egérmodellben kimutatták, hogy a tumorhoz társuló makrofágok citokinek, proteázok és növekedési faktorok felszabadításával immunszupressziót és angiogenezist közvetítenek, és elősegítik a tumor progresszióját. Továbbá a CCR2 gátlása bizonyítottan fokozza a kemoterápia hatékonyságát, gátolja az áttétképződést, fokozza a sugárterápia hatékonyságát, és növeli a T-sejtes immuninfiltrációt azáltal, hogy gátolja a monociták toborzását a tumor mikrokörnyezetébe. Ezért a makrofágok nagy valószínűséggel a humán PDAC új terápiás stratégiáinak potenciális célpontjai lesznek. Korábban úgy vélték, hogy a PDAC fibroblasztokból és fibroblasztokból álló immunszuppresszív mikrokörnyezete korlátozza a T-sejtek beszivárgását, de a legújabb kutatások feltárták a T-sejtek specifikus térbeli eloszlását, mivel a korrelációs hőtérkép azt mutatja, hogy a hasnyálmirigyrák szövetében a nyugalmi memória CD4 + T-sejtek és a CD8 + T-sejtek között szignifikáns negatív korreláció van (r = - 0,64), ami bizonyítottan a rossz prognózis, különösen a PDAC egyik mutatója. A CD8+T sejtek beszivárgása a tumorszövetbe szoros kapcsolatban áll a tumorsejtekkel és a betegek túlélési arányával. A közelmúltban a tudósok hangsúlyozták, hogy a hosszú távú túlélőkben a sikeres immunitás kialakításához a CD8+T-sejtek nagyszámú előfordulása szükséges a tumoron belül. A CD8+T sejtek hajtó tényezőinek és a CD8+T sejtek beszivárgási mechanizmusának megértése kulcsfontosságú a PDAC kezelési tervek továbbfejlesztéséhez. Jelenleg hiányzik a PDAC immunrendszerbe beszivárgó sejtek közötti összefüggés nagyszabású validálása, és ennek az előrejelzésnek van bizonyos referenciális jelentősége.
A PDAC a hagyományos kínai orvoslásban a "lép felhalmozódása", a "célzott qi", a "felhalmozódás", a "qi stagnálása" és a "fu liang" kategóriájába tartozik. Az esetsorozatos irodalomkutatás és a metaanalízis eredményei arra utalnak, hogy a PDAC kombinált hagyományos kínai gyógyászati kezelése hatékonyan csökkentheti a betegek halálozását és javíthatja a hosszú távú prognózist. A legújabb alapkutatások feltárták, hogy a hagyományos kínai orvoslás mechanizmusa a PDAC kezelésében elsősorban a tumor mikrokörnyezetének javításán keresztül, közvetve javítva az orvosi eredményeket. Ezért a tumor immunmikrokörnyezetének feltárása kulcsfontosságú a hatékony hagyományos kínai orvoslás megtalálásához. Jelenleg a PDAC patogenezisét a hagyományos kínai orvoslásban többnyire úgy vélik, hogy az "eredet hiánya, de a lényeg feleslege", a nedves hő és a toxin felhalmozódására összpontosítva. Ez a tanulmány azonban azt jósolja, hogy a hagyományos kínai orvoslás hatékonysága elsősorban a hőtisztító gyógyszerek (Scutellaria baicalensis, Sagittaria angustifolia, bazsarózsa kéreg, lila fű stb.) kategóriájába tartozik, amelyet a tonizáló gyógyszerek (ginzeng, eucommia ulmoides, citromfű, teknősbékapáncél, szamárbőr ragasztó stb.) követnek, ami megfelel a hagyományos kínai orvoslás patogenezisének. A betegség elhelyezkedése szempontjából, összehasonlítva az anatómiai elhelyezkedés és a fiziológiai funkció leírásával az ősi kínai orvoslás könyveiben, a legtöbb tudós támogatja a hasnyálmirigynek az öt szerv közül a léphez való hozzárendelését. Ez a tanulmány azonban azt mutatja, hogy a hagyományos kínai orvoslás hatékony előrejelzéseinek túlnyomó többsége a máj meridiánhoz tartozik, amelyet a tüdő és a vese meridiánok követnek, ami arra utal, hogy talán a májelméletből származó nedves hő kezelése a lép hiányának segítésével kombinálva tovább javíthatja a kezelés hatékonyságát. A keresés után kiderült, hogy ez az elmélet elszórt tapasztalatokkal és felülvizsgálati jelentésekkel rendelkezik, és érdemes tovább vizsgálni a szisztematikus megértés kialakítása érdekében. Ezenkívül ez a tanulmány fordított előrejelzést használt számos hagyományos kínai gyógyszer megszerzéséhez. A magas korrelációval rendelkező kínai gyógyszerkészítmények sorai közül kiderült, hogy a ginsenozidok csökkenthetik az angiogenezist és a tumorsejtek táplálékellátását az MMP2 és más tényezők expressziójának visszaszorításával; A kurkumin gátolja a PDAC őssejtek önmegújulását a Wnt / β - Catenin jelátviteli útvonal aktivitásán keresztül, és javíthatja a helyi mikrocirkulációt a PDAC szubkután transzplantációs tumormodell szövetében, növelheti a vér- és oxigénellátást a tumor mikrokörnyezetében, és gátolja a tumorsejtek és a stromális sejtek hipoxikus stresszválaszát; A fenti irodalom támogatja e tanulmány néhány előre jelzett eredményét, de még mindig hiányzik a PDAC hagyományos kínai gyógyászati kezelésével kapcsolatos immunmechanizmusok kutatása.
Ez a tanulmány a génchipek szűrésekor figyelembe vette az immunmechanizmusok elemzésének egyéni különbségeit, és a PDAC kísérleti adatait párosított mintaelemzéssel szigorúan átvilágította. Ugyanakkor, figyelembe véve, hogy ez a tanulmány lényegében a korábbi egyedi GSE-adatok másodlagos bányászata, különböző szinteket használtak a központi differenciálisan expresszált gének expressziójának ellenőrzésére, csökkentve a kockázatot. Ennek a tanulmánynak azonban még mindig megvannak a következő hiányosságai: (1) A kis mintaméret miatt az adatelemzésnek van bizonyos torzítása, és a későbbi szakaszban több, a követelményeknek megfelelő adatkészletet vonnak be az elemzésbe; (2) A CIBERSORT dekonvolúciós algoritmus elemzése korlátozott genetikai adatokon alapul, amelyek eltérhetnek a sejtes heterotípusos kölcsönhatásoktól, a betegséget kiváltó tényezőktől és a betegség fenotípusainak plaszticitásától. A klinikai és alapkutatások átfogóbban és objektívebben tükrözhetik az egyéni immunstátuszt. Összefoglalva, ez a tanulmány az első, amely bioinformatikai technikákat használ a CIBERSORT dekonvolúciós algoritmussal kombinálva a PDAC immunszűrő mechanizmusának feltárására és a potenciálisan hatékony hagyományos kínai gyógyszerek előrejelzésére, ami bizonyos értékkel bír az e területen végzett jövőbeli kutatások számára.