[文章编号]㊀1674⁃8603(2020)04⁃0227⁃05
ROS/HIF⁃1信号通路调控口腔鳞状细胞癌肿瘤浸润
T淋巴细胞分化的机制
谢文强,卢涣滋,林冬佳,杨利洒,王智∗
(中山大学附属口腔医院㊃中山大学光华口腔医学院,广东省口腔医学重点实验室,广东广州510055)
[摘要]㊀目的:探究口腔鳞状细胞癌(OSCC)肿瘤微环境中活性氧(ROS)对肿瘤浸润T淋巴细胞分化的作用㊂方法:流式细胞术分析OSCC肿瘤组织和远端正常组织T淋巴细胞各分化亚比例,ROS试剂盒检测T淋巴细胞各分化亚ROS表达情况,实时荧光定量RT⁃PCR检测癌及远端正常组织中低氧诱导因子1A(HIF1A)㊁葡萄糖转运蛋白1(GLUT1)㊁己糖激酶2(HK2)等T淋巴细胞代谢相关基因,利用GEPIA2数据库分析T细胞HIF1A在肿瘤及远端正常组织的差异表达及其与预后的相关性㊂结果:与正常组织相比,效应T淋巴细胞(CD45RA+CCR7-)在癌组织中所占比例较高(P<0.05);癌组织中CD3+T淋巴细胞的ROS含量高于正常组织(P<0.05),癌组织中效应T淋巴细胞的ROS含量高于效应记忆性T淋巴细胞(P<0.05),正常组织
中效应T淋巴细胞和效应记忆性T淋巴细胞中ROS含量未见统计学差异(P>0.05);癌组织中T淋巴细胞HIF1A㊁GLUT1㊁HK2表达高于正常组织T淋巴细胞(P<0.05);T细胞HIF1A水平在肿瘤组织中比较高,但未见统计学差异(P>0.05),肿瘤组织中效应T细胞的HIF1A水平明显高于远端正常组织,差异具有统计学意义(P<0.05);T细胞高表达HIF1A的肿瘤相对预后较好(P<0.05)㊂结论:OSCC肿瘤微环境中ROS/HIF⁃1信号通路上调与肿瘤组织中高比例的效应T淋巴细胞存在高度相关性㊂
[关键词]㊀口腔鳞状细胞癌;T淋巴细胞;糖酵解;活性氧;低氧诱导因子1
[中图分类号]㊀R739.8㊀㊀[文献标识码]㊀A㊀㊀[doi]㊀10.3969/j.issn.1674⁃8603.2020.04.004TheROS/HIF⁃1signalingpathwayregulatesthedifferentiationofTlymphocytesinOSCC
XIEWenqiang,LUHuanzi,LINDongjia,YANGLisa,WANGZhi.(HospitalofStomatology,GuanghuaSchoolofStomatology,SunYat⁃senUniversity,GuangdongProvincialKeyLaboratoryofStomatology,Guangzhou51005
5,China)Correspondingauthor:WANGZhi,Email:wangzh75@sysu.edu.cn
[Abstract]㊀Objective:Toexploretheeffectofreactiveoxygenspecies(ROS)onthedifferentiationoftumorinfiltratingTlympho⁃
cytesinoralsquamouscellcarcinoma(OSCC).Methods:TheproportionofTlymphocytesubsetsintumoranddistalnormaltissuewereanalyzedbyflowcytometry.ROSexpressionwasanalyzedwithROSkit.GenesassociatedwithTcellmetabolism(HIF1A,
GLUT1,HK2)incarcinomaanddistalnormaltissueswerequantifiedbyrealtimeRT⁃PCR.GEPIA2databasewasusedtoanalyzethedifferentialexpressionofTcellHIF1AintumoranddistalnormaltissuesandtheprognosisvalueofmRNAlevelofTcellHIF1Ainpa⁃tients.Re
sults:TheproportionofeffectorsTcells(CD45RA+CCR7-)incancertissueswassignificantlyhigherthanthatindistalnor⁃
maltissues(P<0.05).TheabundanceofROSinCD3+Tcellsincancertissueswashigherthanthatindistalnormaltissues(P<
0.05),andincancertissues,theROSwassignificantlyaccumulatedineffectorTcellsup⁃regulatedcomparedwithitscounterpartin
effectormemoryTcells(P<0.05).TherewerenostatisticallysignificantdifferencesofROSbetweentheeffectorTcellandeffectormemoryTcellinthedistalnormaltissue(P>0.05).ExpressionsofHIF1A,GLUT1,HK2intumor⁃infiltratingTcellswerehigherin
thoseindistalnormaltissues(P<0.05).TcellHIF1A
levelwashigherintumortissuesthanthatindistalnormaltissues,butnosig⁃nificantstatisticaldifferencewasfound.TheHIF1AlevelofeffectorTcellsintumortissueswassignificantlyhigherthanthatindistalnormaltissues(P<0.05).PatientswithhigherexpressionofHIF1AinTcellhaveabetterprognosis(P<0.05).Conclusions:Theup⁃regulationofROS/HIF⁃1signalingpathwayintheOSCCtumormicroenvironmentwassignificantlycorrelatedwiththehighproportionof
effectorTlymphocytesintumortissues.
[Keywords]㊀oralsquamouscellcarcinoma;Tlymphocyte;glycolysis;reactiveoxygenspecies;HIF⁃1
基金项目:国家自然科学基金(81972532,81772896,81602383);广州市民生科技产学研协同创新重大研究专项(201704020102)
通信作者:王智,Email:wangzh75@mail.sysu.edu.cn
㊀㊀据报道,口腔鳞状细胞癌(oralsquamouscell
carcinoma,OSCC)2018年全球新增病例数354864例,在恶性肿瘤中发病率位于第19位,死亡率位于第15位[1]㊂由于近几十年医疗技术的发展,OSCC
患者的5年生存率由62.7%上升至71.7%,但仍有
部分患者存在复发率高㊁预后较差的情况[2]㊂因此,急需探究OSCC发生发展的机制,探索新的手段㊂肿瘤浸润淋巴细胞(tumorinfiltratinglympho⁃cytes,TILs)是从肿瘤组织中分离出的浸润淋巴细胞,是机体杀灭肿瘤细胞的前沿阵地,其中T淋巴细胞在抗肿瘤免疫中发挥了重要作用㊂幼稚T淋巴细胞经肿瘤抗原刺激后可分化为效应T淋巴细胞(effectorTlymphocytes,Teff)和记忆T淋巴细胞(memoryTlymphocytes,Tm),Tm包括中央型记忆T淋巴细胞(centralmemoryTlymphocytes,Tcm)和效应型记忆T淋巴细胞(effectormemoryTlymphocytes,Tem)[3]㊂研究认为,Tm细胞依赖氧化磷酸化及脂肪酸氧化为主的代谢方式维持正常生命
活动;当T淋巴细胞激活后启动代谢重编程,即Teff细胞代谢水平明显增加,能量产生的主要途径也从低水平的氧化磷酸化转变为高水平的糖酵解及谷氨酰胺代谢,以支持其生长增殖所必需的核苷酸与脂质合成等基础生命活动[4⁃5]㊂
活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)作为一种短寿命的化学反应自由基,可由氧气通过胞内不同生理活动产生㊂ROS一方面影响体内或体外T淋巴细胞活化T细胞核因子(nuclearfactorofactivatedTcells,NFAT)的激活与白细胞介素(interleukin,IL)⁃2的产生[6],另一方面参与哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammaliantargetofrapamycin,mTOR)和Myc的激活,从而调节淋巴细胞代谢和细胞周期[7]㊂Franchina等[8]认为,T淋巴细胞可能通过调整其ROS水平,直接控制代谢重编程,促进T淋巴细胞活化,引起T淋巴细胞表型改变㊂低氧诱导因子1(hypoxiainduciblefactor1,HIF⁃1)在细胞适应氧供应改变中起关键作用,可作为转录因子改变基因表达,通过提高机体携氧能力,增加血液供应,改变代谢方式等途径来适应缺氧环境㊂以往研究中发现,在肿瘤细胞中ROS会通过HIF⁃1通路来介导肿瘤细胞的代谢重编程[9]㊂然而,肿瘤微环境TILs代谢方式的转变是否亦依赖于ROS/HIF⁃1信号通路还有待进一步研究㊂因此,本文探讨了OSCC患者肿瘤微环境中TILs与远端正常组织T淋巴细胞各亚ROS表达情况及其参与介导免疫细胞的代谢重编程的分子机制㊂
1 资料与方法
1.1㊀临床样本
连续收取2019年11月至2020年1月中山大学孙逸仙纪念医院口腔颌面外科10对OSCC组织及远端正常组织样本,所有患者知情同意㊂本研究经中山大学附属口腔医院医学伦理委员会审查批准㊂
1.2㊀主要试剂和仪器
1640培养基和胎牛血清(fetalbovineserum,FBS)购自美国Gibco公司,小鼠抗人抗体CD3㊁CD45RA㊁CCR7抗体及Zombie染料均购自美国eBioscience公司,ROS试剂盒购自上海碧云天生物技术有限公司,胶原酶Ⅳ(500U/mL)购自美国MPbio公司,DNA酶(50U/mL)购自美国Sigma公司,逆转录试剂盒购自日本Takara公司㊂BDFACS⁃VERSE流式细胞仪和BDFACSAriaFusion流式细胞分选仪购自美国BDBioscience公司,RocheLight⁃Cycler480实时荧光定量PCR仪购自美国Roche公司㊂
1.3㊀实验方法
1.3.1㊀细胞分离与制备㊀将新鲜的OSCC和远端正常组织在含有1mg/mL胶原酶Ⅳ和0.1mg/mL脱氧核糖核酸酶的消化液中剪碎,置于37ħ摇床,消化1h㊂细胞悬液经70μm细胞滤网过滤后,获得单细胞悬液㊂
1.3.2㊀流式细胞表面标记物染及ROS检测㊀使用FcR抗体对消化好的单细胞悬液进行封闭(室温,20min);加入Zombie染料,充分混匀后4ħ反应30min;用流式缓冲液洗涤2次,分别加入CD3㊁CD45RA㊁CCR7抗体,充分混匀后4ħ反应30min,流式缓冲液洗涤2次㊂将上述收集的单细胞重悬于100μL的DCFH⁃DA(ROS探针)稀释液(10μmol/L),细胞培养箱37ħ孵育20min;用无血清细胞培养液洗涤细胞3次㊂细胞重悬后使用流式细胞仪检测,流式数据使用FlowJov10进行分析㊂幼稚T淋巴细胞为CD45RA+CCR7+,Tcm细胞为CD45RA-CCR7+,Tem细胞为CD45RA-CCR7-,Teff细胞CD45RA+CCR7-,圈门策略如图1所示㊂1.3.3㊀实时荧光定量RT⁃PCR检测T淋巴细胞相关基因㊀癌及正常组织细胞悬液通过流式细胞分选仪进行分选,得到相关T淋巴细胞㊂将样品裂解得到总RNA,利用逆转录试剂盒对总RNA进行逆转录,得到cDNA㊂将cDNA在实时荧光定量PCR仪上进行反应,以β⁃ACTIN为内参检测低氧诱导因子1A(HIF1A)及葡萄糖转运蛋白1(glucosetransporter1,GLUT1)㊁己糖激酶2(hexokinase2,HK2)等糖酵解关键基因的表达,相关基因引物序列见表1㊂1.3.4㊀生物信息技术分析T细胞HIF1A在肿瘤及正常组织的差异表达及其与预后的相关性㊀利用
GEPIA2数据库(http://gepia2.cancer⁃pku.cn/)比较T细胞HIF1AmRNA在头颈肿瘤及远端正常组织的差异表达,并将T细胞HIF1A表达情况与肿瘤患者预后进行相关性分析[10]㊂
流式细胞术圈门分析CD3+T淋巴细胞的ROS含量和各个亚的比例及ROS含量,CD3+T淋巴细胞从活细胞中圈出后去除粘连细胞得到,幼稚T淋巴细胞为CD45RA+CCR7+,Tcm细胞为CD45RA-CCR7+,Tem细胞为CD45RA-CCR7-,Teff细胞为CD45RA+CCR7-;峰图表示ROS含量
图1㊀流式细胞术圈门策略
Fig.1㊀Flowcytometrygatingstrategy1.4㊀统计学方法
使用GraphPadPrism8软件进行统计学分析,实验结果以均数ʃ标准差表示,组间数据分析选择配对t检验,以P<0.05表示差异具有统计学意义㊂2㊀结㊀果
2.1㊀两种组织中T淋巴细胞各亚分布情况
OSCC与远端正常组织样本单细胞悬液流式细胞术结果显示,癌与远端正常组织中T淋巴细胞亚以Teff细胞及Tem细胞为主,癌组织中Teff细胞比例为(22.37ʃ10.01)%,高于远
端正常组织中的(11.07ʃ7.20)%(P<0.05);相反,癌组织中Tem细胞比例为(77.48ʃ10.09)%低于远端正常组织的(88.07ʃ7.38)%(P<0.05,图2)㊂
表1㊀T淋巴细胞相关基因引物序列
Tab.1㊀PrimersequencesofpartialgeneinTcell
基因名称引物序列(5ᶄң3ᶄ)
β⁃ACTIN
F:CCTTCCTGGGCATGGAGTC
R:TGATCTTCATTGTGCTGGGTG
HIF1A
F:ACTTGGCAACCTTGGATTGG
R:TCCGTCCCTCAACCTCTCAG
GLUT1
F:GGCTTCTCCAACTGGACCTC
R:CCGGAAGCGATCTCATCGAA
HK2
F:GTGAATCGGAGAGGTCCCAC
R:GCTAACTTCGGCCACAGGAT
A:两种组织中T淋巴细胞分的流式细胞图;B:两种组织组织中Teff和Tem细胞在总T淋巴细胞中的占比统计图,∗:P<0.05图2㊀肿瘤和远端正常组织中Teff和Tem在T淋巴
细胞的占比
Fig.2㊀ProportionofTeffandTemcellsinoralcancerand
distalnormaltissue
2.2㊀两种组织中T淋巴细胞ROS含量
流式细胞仪检测浸润T淋巴细胞各亚ROS的含量,结果显示:癌组织中T淋巴细胞ROS含量明显高于远端正常组织(P<0.05,图3);癌组织中Teff细胞ROS含量较Tem细胞上调(P<0.05),而远端正常组织中Teff细胞与Tem细胞的ROS含量差异无统计学意义(P>0.05,图4)㊂reactive oxygen species (ros)
2.3㊀两种组织中T淋巴细胞糖酵解相关基因表达量实时荧光定量RT⁃PCR结果显示,OSCC中浸润T淋巴细胞的HIF1A㊁GLUT1㊁HK2的表达量均高于
远端正常组织T淋巴细胞(P<0.05,图
5)㊂A:T淋巴细胞ROS含量峰图;B:T淋巴细胞ROS含量统计图;MFI:DCFH⁃DA平均荧光强度;∗:P<0.05
图3㊀OSCC与远端正常组织中T淋巴细胞ROS含量Fig.3㊀ROSofTlymphocytesinOSCCanddistal
normal
tissues
A:Tem和Teff细胞ROS含量峰图;B:Tem和Teff细胞ROS含量统计图,MFI:DCFH⁃DA平均荧光强度;∗:P<0.05;ns:P>0.05
图4㊀OSCC和远端正常组织中Tem和Teff细胞ROS含量Fig.4㊀ROSofTemandTeffcellsinOSCCanddistal
normal
tissues
∗:P<0.05
图5㊀肿瘤及远端正常组织中T淋巴细胞糖酵解相关
基因表达量
Fig.5㊀Expressionofglycolysis⁃relatedgenesinT
lymphocytesbetweenOSCCanddistalnormaltissues
2.4㊀T细胞HIF1A在两种组织的差异表达及其与预后的相关性分析
GEPIA2数据库分析结果显示,T细胞HIF1A水
平在肿瘤组织中高于远端正常组织,但无统计学差异(P>0.05);肿瘤组织中效应T细胞的HIF1A水平明显高于远端正常组织,差异具有统计学意义(P<0.05);T细胞高表达HIF1A的肿瘤相对预后较好
(P<0.05,图6)㊂
A:T细胞HIF1A在肿瘤及远端正常组织的差异表达;B:效应T细胞HIF1A在肿瘤及远端正
常组织的差异表达;C:T细胞HIF1A表达水平与预后的相关性
图6㊀T细胞HIF1A在肿瘤及远端正常组织的差异表达
及其与预后的相关性
Fig.6㊀ExpressionofTcellHIF1AintumoranddistalnormaltissuesandprognosisvalueofmRNAlevelofT
cellHIF1Ainpatients
3㊀讨㊀论
OSCC中肿瘤微环境成分多样㊁机制复杂,其中
T淋巴细胞作为TILs的重要成分之一,在肿瘤微环境中发挥重要的抗肿瘤免疫作用,研究其不同亚间转化及潜在的代谢调控方式,将有助于我们从代谢重编程的角度探讨肿瘤免疫效应新机制,为T淋
巴细胞的活化提供新策略㊂本研究结果显示,OSCC与远端正常组织中T淋巴细胞主要以Tem及Teff两大亚为主㊂与远端正常组织相比,癌组织中主要为Teff浸润,而远端正常组织则以Te
m居多㊂表明T淋巴细胞在肿瘤微环境中经历了一定程度的代谢重编程,使Tem细胞持续转换为Teff细胞,无法维持自我更新能力㊂
20世纪30年代,德国生物学家OttoWarburg发现肿瘤细胞主要依赖糖酵解方式进行能量代谢,消耗大量葡萄糖并产生乳酸,称为Warburg效应,是肿瘤十大生物学特征之一[11]㊂这种能量代谢方式使得肿瘤细胞能够适应因为快速增长而导致的局部乏氧㊁养份不足等不利的环境[12]㊂近期研究结果表明,幼稚T淋巴细胞和Tem细胞通常依赖于氧化磷酸化维持生存;受抗原刺激后,T淋巴细胞会从具有更长寿命和更大记忆潜力的细胞,进一步分化为短寿命效应细胞Teff,启动代谢重编程,代谢方式以糖酵解为主,这是活化T淋巴细胞的标志之一[13⁃14]㊂代谢活动与T淋巴细胞的命运和功能密切相关㊂新近研究表明,肿瘤微环境中L⁃精氨酸水平升高可逆转T淋巴细胞代谢方式  从糖解切换成氧化磷酸化,促进Tem细胞的生成与维持[3]㊂ROS在肿瘤微环境中对浸润T淋巴细胞活化的调控也可能依赖代谢途径㊂有学者提出,肿瘤微环境中的ROS水平必须缓冲到 最佳点 ,以允许代谢重编程,调控T淋巴细胞增殖㊁激活与分化[15]㊂本研究发现,OSCC肿瘤组织中ROS水平高于远端正常组织,Teff比例较高,且癌组织中Teff细胞ROS较Tem表达量上调,提示肿瘤微环境中ROS的升高与T细胞表型改变高度相关,肿瘤微环境中ROS水平可能通过依赖代谢的途径逆转Teff细胞表型,为TILs中Tem细胞的维持与活化提供新策略㊂
同时,作为HIF⁃1A下游靶标的GLUT1㊁HK2是糖酵解的关键基因,可以表征细胞的糖酵解水
平㊂本研究发现,癌的浸润T淋巴细胞中GLUT1㊁HK2表达高于远端正常组织T淋巴细胞,这也进一步说明癌的浸润T淋巴细胞糖酵解水平高于远端正常组织T淋巴细胞㊂同时OSCC的浸润T淋巴细胞HIF1A表达也高于远端正常组织T淋巴细胞㊂OSCC浸润T淋巴细胞ROS/HIF⁃1通路改变与T淋巴细胞代谢重编程及活化存在相关性,这也能够解释肿瘤浸润T淋巴细胞中具有高比例的Teff这一现象(图7)㊂这一复杂的调控机制将在后期研究中深入探索㊂
综上所述,本研究以分析OSCC患者癌与远端正常组织T淋巴细胞分及各亚ROS表达特征为目的,探讨肿瘤微环境中ROS对肿瘤浸润T淋巴细胞表型转化的潜在作用,结果显示肿瘤微环境中浸润T淋巴细胞ROS表达明显上升,Teff细胞ROS表达较Tem高;ROS/HIF1通路的上调引起下游靶基因GLUT1㊁HK2的上调又与肿瘤浸润T细胞中高比例的Teff存在高度相关性;肿瘤浸润T淋巴细胞高表达HIF1A预示肿瘤患者较好的预后
红箭头:细胞亚的转换;蓝箭头:信号通路的正调控
图7㊀OSCC浸润T淋巴细胞ROS/HIF⁃1通路改变与T淋巴细胞代谢重编程及活化的相关性
Fig.7㊀ThecorrelationbetweenROS/HIF⁃1pathwayandTlymphocytesactivationinOSCC
[参㊀考㊀文㊀献]
[1]㊀BrayF,FerlayJ,SoerjomataramI,etal.Globalcancerstatistics2018:GLOBOCANestimatesofincidenceandmortalityworldwidefor36cancersin185countries[J/OL].CACancerJClin,2018,68(6):394⁃424[2020⁃07⁃19].https://doi.org/10.3322/caac.21492.㊀㊀㊀
[2]㊀Capote⁃MorenoA,BrabynP,Muñoz⁃GuerraMF,etal.Oralsqua⁃mouscellcarcinoma:epidemiologicalstudyandriskfactorassess⁃mentbasedona39⁃yearseries[J/OL].IntJOralMaxillofacSurg,2020:S0901⁃5027(20)30100⁃4[2020⁃07⁃19].https://doi.org/10.1016
/j.ijom.2020.03.009.
[3]㊀WuX,WuP,ShenY,etal.CD8+residentmemoryTcellsandviralinfection[J/OL].FrontImmunol,2018,9:2093[2020⁃07⁃19].https://doi.org/10.3389/fimmu.2018.02093.[4]㊀PalmerCS,HussainT,DuetteG,etal.Regulatorsofglucoseme⁃tabolisminCD4+andCD8+Tcells[J/OL].IntRevImmunol,2016,35(6):477⁃488[2020⁃07⁃19].https://doi.org/10.3109/08830185.2015.1082178.
[5]㊀JohnsonMO,WolfMM,MaddenMZ,etal.DistinctRegulationofTh17andTh1CellDifferentiationbyGlutaminase⁃DependentMe⁃tabolism[J/OL].Cell,2018,175(7):1780⁃1795.e19[2020⁃07⁃19].https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.10.001.[6]㊀JacksonSH,DevadasS,KwonJ,etal.Tcellsexpressaphago⁃cyte⁃typeNADPHoxidasethatisactivatedafterTcellreceptor
stimulation[J].NatImmunol,2004,5(8):818⁃827.
(下转第241页)

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