Характеристика клеточного состава иммунного микроокружения и его влияния на экспрессию генов при метапластических изменениях эпителия слизистой оболочки желудка

Обложка


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Обоснование. Кишечная метаплазия эпителия слизистой оболочки желудка при хроническом атрофическом гастрите большинством авторов рассматривается как предраковое состояние, но при этом является потенциально обратимой. Изучение механизмов регуляции развития метапластических изменений эпителия может стать ключевым в понимании процесса канцерогенеза и профилактике развития рака.

Цель исследования — установить наличие или отсутствие взаимосвязи между микроокружением и развитием метаплазии эпителия слизистой оболочки желудка больных хроническим атрофическим гастритом путём оценки экспрессии генов и клеточного состава иммунного инфильтрата.

Материалы и методы. Проведено ретроспективное когортное исследование, альтернативной гипотезой которого является предположение о том, что состав иммунного микроокружения слизистой оболочки желудка различается в случаях с наличием и отсутствием метапластических изменений эпителия. Материалом для исследования послужили биоптаты слизистой оболочки (n=38), полученные при эндоскопическом исследовании из пяти участков (2 из привратниковой пещеры, 2 из тела желудка, 1 из угловой вырезки) желудка у пациентов с хроническим атрофическим гастритом неуточнённой этиологии; а также результаты секвенирования РНК, выделенной из биоптатов больных хроническим гастритом, которые были получены из открытой базы данных NCBI (n=12). В ходе работы применяли гистологический, гистохимический методы окрашивания, проводили иммуногистохимическое исследование, морфометрический, статистический и биоинформатический анализ.

Результаты. Установлено, что в образцах с метапластическими изменениями эпителия слизистой оболочки желудка увеличена доля макрофагов, Т-цитотоксических лимфоцитов и плазмоцитов. Обнаружена взаимосвязь Т-цитотоксических лимфоцитов и шанса развития метаплазии. Установлено, что изменение количества B-лимфоцитов, макрофагов фенотипа М2, Т-регуляторных лимфоцитов и NK-клеток ассоциировано с увеличением экспрессии шести генов, наиболее специфичных для эпителия кишечного типа.

Заключение. Значительная разница в составе иммунного микроокружения между образцами с метапластическими изменениями эпителия слизистой оболочки и без них указывает на потенциальное влияние клеток иммунитета на развитие метаплазии и прогрессирование патологического процесса по каскаду Корреа. Одним из механизмов регуляции развития метаплазии микроокружением может являться его влияние на экспрессию генов как эпигенетического фактора.

Полный текст

ОБОСНОВАНИЕ

Кишечная метаплазия в желудке — это процесс, характеризующийся прогрессирующей заменой эпителия слизистой оболочки желудка кишечным эпителием, который может быть представлен абсорбирующими клетками, бокаловидными клетками и клетками Панета. Основой для такого нарушения тканевого гомеостаза выступают воспаление и атрофия, которые наиболее часто являются результатом хронического атрофического гастрита разной этиологии [1]. Особый интерес к кишечной метаплазии объясняется тем, что, являясь предполагаемым предраковым состоянием, метаплазия тем не менее остаётся обратимой при своевременном обнаружении и назначении адекватного лечения [2]. На клеточном уровне данный процесс может быть рассмотрен как изменение направления дифференцировки стволовых клеток эпителия слизистой оболочки желудка, обеспечивающих регенерацию после повреждения. Это является нарушением физиологической регенерации, протекающей как естественный процесс обновления эпителия. Она включает в себя пролиферацию, биполярную миграцию из области перешейка железы и одновременную дифференцировку стволовых клеток. Данные процессы регулируются в том числе транскрипционным фактором Notch и сигнальным путем Wnt/b-catenin [3]. Как при физиологической, так и при патологической регенерации итоговый фенотип клетки определяется экспрессией тех или иных генов, которая находится под жёсткой регуляцией различных эпигенетических факторов. Наиболее пристальное внимание сейчас уделяется метилированию ДНК, некодирующим РНК и микроокружению, которое включает внеклеточный матрикс, фибробласты, иммунные клетки, а также цитокины, гормоны и другие биоактивные молекулы.

Показано, что при метапластических изменения эпителия слизистой оболочки желудка существенно изменяется ландшафт метилирования [4]. Более 14 000 CpG-регионов были гиперметилированы и 1199 — гипометилированы в образцах с кишечной метаплазией по сравнению с образцами без данного процесса. При этом, несмотря на изменение метилирования промотеров, экспрессия была изменена только в 15 генах при гиперметилировании и в 13 генах — при гипометилировании. Особенно интересным является тот факт, что гиперметилирование промотора гена CDX2 — транскрипционного фактора, участвующего в формировании кишки в ходе эмбриогенеза, — не повлияло на его экспрессию, которая оставалась повышенной более чем в 2 раза.

Среди некодирующих (нетранслирующихся) РНК наиболее изучены изменения в экспрессии микроРНК (miRNA) при метапластических изменениях эпителия слизистой оболочки желудка. Выявлено повышение количества miRNA-146a и miRNA-155 в образцах с кишечной метаплазией [5]. В другом исследовании показана повышенная экспрессия miRNA-92a-1-5p, которая оказывает ингибирующее влияние на FOXD1, чем увеличивает экспрессию ранее упоминавшегося транскрипционного фактора CDX2 [6]. К числу miRNA, чья экспрессия была повышенной при желудочно-кишечной метаплазии, также относится кластер miR-17–92, включающий семь miRNA [7], а также miRNA-584 и miRNA-1290 [8].

Тканевое микроокружение как эпигенетический фактор на текущий момент изучено гораздо меньше. Макрофаги фенотипа М2 (CD163+) исследованы в мышиной модели с вызванным с помощью клодроната дефицитом макрофагов и предложены в качестве фактора, стимулирующего развитие метаплазии с экспрессией спазмолитического пептида [9]. Изучались также фибробласты как один из регуляторных элементов, участвующих в дифференцировке клеток. Показано, что через регуляцию экспрессии гена SHH фибробласты способствуют прогрессированию патологического процесса в желудке по каскаду Корреа — через атрофию и метаплазию к раку желудка [10].

Несмотря на указанные исследования, на текущий момент взаимосвязь микроокружения и изменений в экспрессии генов, определяющих приобретение эпителием желудка кишечного фенотипа, остаётся недостаточно изученной. Обзорные данные о роли Т-клеточного звена иммунитета в канцерогенезе свидетельствуют, что его участие в регуляции регенерации может быть ключевым и проявляться нарушением процесса дифференцировки, что ведёт к развитию атипии [11]. Рассматривая метаплазию как первый этап этого пути, можно предположить вовлечённость Т-лимфоцитов и в данный процесс.

Цель исследования — определить различия в составе иммунного инфильтрата в образцах ткани желудка с кишечной метаплазией и без неё, а также установить взаимосвязь между иммунным микроокружением и экспрессией генов, используя биоинформатические инструменты для анализа ранее опубликованных транскриптомов, находящихся в открытом доступе.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Проведено наблюдательное, одномоментное, контролируемое, нерандомизированное, одноцентровое исследование.

Объектом послужили биоптаты слизистой оболочки (38 образцов), полученные при эндоскопическом исследовании из пяти участков (2 из привратниковой пещеры, 2 из тела желудка, 1 из угловой вырезки) желудка у пациентов с хроническим атрофическим гастритом неустановленной этиологии. Гистологическое, иммуногистохимическое и морфометрическое исследования проведены на парафиновых срезах с наиболее выраженными атрофическими или метапластическими изменениями каждого отдельно взятого случая. При наличии метаплазии только в одном из участков для дальнейшего анализа брался именно он.

Оценка атрофии и метаплазии выполнена при окраске срезов гематоксилином и эозином с добавлением альцианового синего. Атрофию определяли как уменьшение количества желёз, свойственных данной зоне слизистой оболочки желудка [12], метаплазию — как наличие желёз, содержащих клетки, характерные для кишечного эпителия. Полную и неполную метаплазию разграничивали по наличию/отсутствию клеток Панета. Пилорическую метаплазию тела желудка не оценивали в ходе данного исследования. Принадлежность угловой вырезки желудка к телу желудка или привратниковой пещере определяли по преобладающему фенотипу желёз.

Иммуногистохимическое исследование

Фенотипирование клеток инфильтрата выполняли с помощью иммуногистохимического исследования. Срезы толщиной 1 мкм выдерживали в термостате при температуре 60 °C в течение 60 мин. После депарафинизации в ксилоле и спиртах возрастающей концентрации срезы кипятили в 0,01 М цитратном буфере в течение 30 мин. Затем их промывали в PBS и в растворе пероксида водорода для блокировки эндогенной пероксидазы в течение 30 мин при температуре 30 °C. После срезы с первичными антителами (все производства Sigma-Aldrich, США) к CD4 (104R-24, кроличьи моноклональные антитела); CD8 (108M-94, мышиные моноклональные антитела), CD20 (120M-84, мышиные моноклональные антитела), CD138 (138М-14, кроличьи моноклональные антитела), CD68 (168M-94, мышиные моноклональные антитела) выдерживали в термостате при температуре 30 °C в течение 60 мин. После инкубации со вторичным антителом в течение 30 мин и пероксидазой хрена в течение 20 мин проводили реакцию с диаминобензидином и окрашивали срезы гематоксилином. Оценивали мембранное окрашивание, которое описывали как отсутствие или наличие реакции. Для положительного контроля использовали срезы лимфатических узлов, в качестве отрицательного контроля рассматривали эпителий слизистой оболочки желудка в срезах, на которых проводилось исследование.

Морфометрический анализ

Для каждого препарата оценивали 10 случайных полей зрения при ×200. Подсчёт клеток проводили отдельно в строме и эпителии желёз. Число позитивных клеток стромы выражалось как доля от общего числа клеток инфильтрата в одном поле зрения. Число интраэпителиальных позитивных клеток выражалось в единицах на 100 клеток эпителия желёз. Для дальнейшего анализа рассчитывали среднее значение в каждом образце и для каждого антигена. Стадия атрофии рассчитывалась на основе критериев OLGA [13] для одной локализации, из которой был взят образец.

Статистический анализ

Статистический анализ выполнен с использованием языка программирования R в среде разработки RStudio v. 4.3.1. Сравнение групп по полу проводили с использованием теста Хи-квадрат, по возрасту — с использованием теста Вилкоксона с поправкой на множественные сравнения Холма. Сравнение иммунного инфильтрата в трёх группах выполняли также с использованием критерия Вилкоксона с поправкой на множественные сравнения Холма. Для определения взаимосвязи между развитием кишечной метаплазии и клеточным составом иммунного микроокружения использовали модель обобщённой линейной регрессии с бинарным откликом.

Биоинформатический анализ

Результаты РНК-секвенирования ткани желудка больных хроническим гастритом с метаплазией (n=12) и без метаплазии (n=12) были загружены из базы NCBI (GSE191275) [14]. РНК выделяли из ткани желудка, полученной в результате гастрэктомии или биопсии при гастроскопии. Для каждого пациента диагноз был предварительно верифицирован врачом-патологоанатомом. Образцы ткани инкубировали в RNAlater (Invitrogen, США) при 4 °C в течение ночи, в дальнейшем хранили при –80 °C. После выделения и очищения с помощью реагента TRIzol (Invitrogen, США) РНК фрагментировали и проводили обратную транскрипцию. Полученную кДНК амплифицировали методом ПЦР и секвенировали на аппарате Illumina Novaseq 6000 (LC-Bio Technologies CO., Китай).

Для анализа дифференциальной экспрессии между группами использовали программное обеспечение R v. 4.3.1, пакет DESeq2 v. 1.42.0 [15]. Функциональный анализ выполняли с использованием пакета R clusterProfiler v. 4.10.0 [16]. Для восстановления тканевого микроокружения применяли веб-версию Kassandra [17]. Для определения взаимосвязи между составом иммунного инфильтрата и дифференциальной экспрессией генов использовали LAD-регрессионную модель.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Характеристика клеточного состава микроокружения

Всего проанализировано 38 случаев хронического атрофического гастрита. Все пациенты проходили лечение в амбулаторных условиях. В зависимости от морфологических изменений слизистой оболочки желудка они были разделены на три группы, сопоставимые по полу и возрасту (p >0,05): в 19 случаях были определены метапластические изменения эпителия слизистой оболочки желудка (10 случаев полной (тонкокишечной) метаплазии, 9 случаев неполной (толстокишечной) метаплазии), в 19 случаях кишечная метаплазия отсутствовала. В зависимости от числа желёз и их структуры в 4 случаях установлена атрофия I стадии, в 14 — II стадии, в 13 — III стадии, в 7 — IV стадии. Соотношения стадий атрофии и степени воспаления внутри групп представлены на рис. 1.

 

Рис. 1. Соотношение различных стадий атрофии и степени воспаления внутри исследуемых групп, %.

 

При оценке состава микроокружения количество интраэпителиально расположенных клеток оказалось недостаточным для проведения статистического анализа (~0,1% для каждого фенотипа клеток в одном образце), поэтому они были исключены из исследования. Медиана и межквартильный размах доли стромальных клеток каждого фенотипа в различных группах представлены в табл. 1.

 

Таблица 1. Медиана и межквартильный размах (IQR) доли различных клеток в каждой группе, %

Table 1. Median and interquartile range (IQR) of the proportion of different cells in each group (%)

Субпопуляция клеток

Показатель

Группа без метаплазии эпителия (n=19)

Группа с полной метаплазией эпителия (n=10)

Группа с неполной метаплазией эпителия (n=9)

CD68

Медиана

4,6

19,5

6,1

IQR

1,85

7,1725

7,1

CD4

Медиана

8,50

9,85

11,80

IQR

5,25

3,05

12,50

CD8

Медиана

17,7

35,4

26,7

IQR

3,8

8,4

5,8

CD20

Медиана

13,2

15,95

15,1

IQR

9,35

13,375

6,0

CD138

Медиана

2,8

5,25

16,7

IQR

2,55

3,825

3,9

 

В каждой группе образцов наибольшую долю составляли T-цитотоксические лимфоциты. Наименьшее значение было обнаружено для плазмоцитов в группах без метаплазии и с полной метаплазией, для макрофагов — в группе с неполной метаплазией. Для определения различий в составе клеточного микроокружения между группами использовали тест Вилкоксона. Статистически значимые различия обнаружены в долях Т-цитотоксических лимфоцитов, макрофагов и плазмоцитов. Распределение данных и микрофотографии образцов из групп, для которых обнаружены статистически значимые различия, представлены на рис. 2. Репрезентативные микрофотографии представлены на рис. 3.

 

Рис. 2. Распределение данных и результаты теста Вилкоксона с поправкой на множественные сравнения Холма: a — макрофаги; b — Т-цитотоксические лимфоциты; c — плазмоциты; ** p <0,01.

 

Рис. 3. Микрофотографии слизистой оболочки желудка пациентов с хроническим атрофическим гастритом: без метаплазии — слева, с кишечной метаплазией — справа; ×200. Иммуногистохимическое исследование с первичными антителами к: a — CD68 (макрофаги); b — CD8 (Т-цитотоксические лимфоциты); c — CD138 (плазмоциты).

 

Для определения влияния различных фенотипов клеток иммунного инфильтрата на шанс развития метаплазии построена модель обобщённой линейной регрессии с бинарным откликом. Статистически значимые результаты показала модель с клетками CD8+ в качестве единственного предиктора. По результатам регрессионного анализа увеличение доли Т-цитотоксических лимфоцитов ассоциировано с увеличением шанса развития метаплазии в 2,35 раза (p=0,022).

Анализ дифференциальной экспрессии генов

С целью обнаружения генов, экспрессия которых изменяется при развитии метаплазии эпителия слизистой оболочки желудка, проведён анализ дифференциальной экспрессии генов. Проверку качества образцов выполняли с помощью анализа главных компонент. Удалено 8 транскриптомов, что может быть объяснено наличием промежуточных фенотипов. В 12 образцах обнаружено 3118 генов с изменением экспрессии более чем в 1,5 раза в группе метаплазии, из которых 1843 гена с повышенной экспрессией и 1275 — с пониженной (рис. 4). Иерархический кластерный анализ показал наличие двух паттернов генов, экспрессия которых отличается между группами и позволяет разделить образцы на два кластера (рис. 5). 10 генов с наиболее повышенной экспрессией представлены в табл. 2.

 

Рис. 4. Volcano plot дифференциальной экспрессии генов. Каждая точка на графике обозначает ген. Справа от нуля расположены гены, чья экспрессия выше в группе метаплазии, слева — ниже. Синим отмечены гены с p <0,01. Сокращённые названия отмечены для 10 генов с наименьшими значениями p.

 

Рис. 5. Результаты кластерного анализа дифференциальной экспрессии генов.

 

Таблица 2. Результаты анализа дифференциальной экспрессии генов для 10 генов с наименьшими значениями скорректированного значения p

Table 2. Results of differential gene expression analysis for the 10 genes with the lowest adjusted p values

Ген

baseMean

log2FoldChange

lfcSE

p

padj

MUC2

4952,58

11,58

0,39

8,30e–193

9,71e–189

MYO7B

1733,83

7,08

0,28

2,82e–139

2,20e–135

CDH17

5445,62

8,07

0,33

4,21e–131

2,46e–127

FABP1

7913,35

10,26

0,46

4,17e–112

1,95e–108

CLDN3

324,80

5,13

0,24

1,69e–100

6,57e–97

CDX1

624,62

9,05

0,44

7,85e–94

2,62e–90

SPINK4

1303,95

9,31

0,46

7,45e–92

2,18e–88

HEPH

1985,93

5,50

0.27

3,97e–90

1,03e–86

SLC39A5

641,22

5,34

0,27

5,24e–86

1,23e–82

OTOP3

366,19

7,02

0,36

1,36e–85

2,90e–82

Примечание: padj — значение p с поправкой на множественные сравнения, baseMean — среднее значение нормализованных каунтов для всех образцов, log2FoldChange — двоичный логарифм кратности изменения экспрессии генов в группе метаплазии, lfcSE — стандартная ошибка значения log2FoldChange.

Note: padj p value, adjusted for multiple comparisons, baseMean — mean of normalized counts for all samples, log2FoldChange — log2 of the fold change in gene expression in the metaplasia group, lfcSE — standard error of log2FoldChange.

 

Функциональный анализ выполнен с помощью словаря Gene Ontology [18]. Определялись биологические процессы, молекулярные функции и клеточные компоненты, задействующие гены, экспрессия которых отличается в группе метаплазии. Всего выявлено 787 биологических процессов, 128 молекулярных функций и 69 клеточных компонентов. По результатам анализа наибольшее количество обнаруженных генов с повышенной экспрессией в группе метаплазии были задействованы в метаболических процессах и иммунном ответе. 10 паттернов, задействующих наибольшее количество генов, отображены на рис. 6 для каждой из групп.

 

Рис. 6. 10 паттернов, задействующих наибольшее количество генов в каждой из групп Gene Ontology.

 

Для определения взаимосвязи доли клеток различного фенотипа и экспрессии генов проведена деконволюция состава микроокружения на основе полученных транскриптомов (рис. 7). Из 10 генов, для которых обнаружена наибольшая гиперэкспрессия в группе кишечной метаплазии, были выбраны 6 ассоциированных с кишечным фенотипом эпителия. Для каждого из них построена LAD-регрессионная модель. В качестве предикторов использовались все фенотипы клеток иммунного микроокружения, кроме нейтрофилов, так как их наличие характерно для острого воспалительного процесса.

 

Рис. 7. Результаты деконволюции данных РНК-секвенирования. Первые пять образцов относятся к группе кишечной метаплазии (выделены красной рамкой), остальные — к группе без метаплазии.

 

ОБСУЖДЕНИЕ

Канцерогенез можно рассмотреть как ряд последовательных событий, ведущих к приобретению клетками биологических признаков рака, которые морфологически определяются как инвазивный рост, а также тканевый и клеточный атипизм. Для рака желудка цепь состояний, соединяющая нормальную ткань и опухолевую, была представлена Пелайо Корреа. Она включает в себя атрофию, метаплазию и дисплазию [19]. Каждое из этих состояний морфологически подразделяется на несколько этапов развития. В случае атрофии выделяются стадии, метаплазии — типы, дисплазии — грейды [20]. Такое разделение направлено не только на диагностику стадии заболевания, но и на определение его злокачественного потенциала [21]. Например, было показано, что толстокишечный тип обладает наибольшим потенциалом к малигнизации среди метапластических изменений эпителия желудка [22].

В нашей работе при анализе тканевого микроокружения обнаружены отличия для макрофагов, Т-цитотоксических лимфоцитов и плазмоцитов. Доля макрофагов была выше в группе полной метаплазии по сравнению с группой без метаплазии. Эти данные согласуются с результатами исследования B. Song с соавт. [23], где дополнительно было показано, что увеличение доли макрофагов происходит преимущественно за счёт фенотипа М0, который принято рассматривать как неполяризованные макрофаги. C. P. Petersen с соавт. в работе [24] показали, что блокада экспрессии IL-33 и IL-13 на мышиной модели снижает частоту возникновения метаплазии с экспрессией спазмолитического пептида, уменьшая количество макрофагов М2а. Этот тип метаплазии многими авторами рассматривается как предшественник кишечной. Точные механизмы, которые объясняли бы, как макрофаги могут регулировать развитие метаплазии, неизвестны. Предполагается их влияние на экспрессию таких генов, как TFF3, CFTR и DMBT1 [9].

Обнаружено также увеличение доли Т-цитотоксических лимфоцитов в группах с полной и неполной метаплазией по сравнению с группой без неё. На текущий момент нет литературных данных, подтверждающих эти результаты. Напротив, в исследовании N. Ohtani с соавт. [25] получены противоположные результаты, показывающие уменьшение количества Т-цитотоксических лимфоцитов по мере развития метаплазии. Тем не менее результаты регрессионного анализа, проведённого как для факта развития метаплазии, так и для экспрессии 10 наиболее гиперэкспрессированных генов в группе с метаплазией, показывают значимость этого фенотипа иммунных клеток. Различия в результатах могут быть объяснены тем, что N. Ohtani с соавт. [25] не рассматривали контрольную группу без метаплазии, а сравнивали разные степени тяжести этого процесса — среднюю и тяжёлую. С другой стороны, это позволяет сделать предположение, что Т-цитотоксические лимфоциты важны на ранних этапах нарушения дифференцировки клеток в ходе регенерации. Вопрос о конкретных механизмах остаётся открытым. Можно также предположить, что основную роль играет прямое цитотоксическое действие на повреждённые клетки эпителия, увеличивающее объём регенерации ткани.

Другим фенотипом клеток, для которых была показана разница между группами с метаплазией эпителия и группой без метаплазии, являются плазмоциты. Схожие результаты получены R. Wang с соавт. [26]. Ими показано, что преобладание доли секретирующих IgA плазмоцитов наиболее часто встречается в предраковых поражениях эпителия желудка по сравнению с нормальным эпителием и раком.

Одним из маркёров развития кишечной метаплазии эпителия слизистой оболочки желудка служит секреция бокаловидными клетками муцинов — высокомолекулярных гликопротеинов, образующих нерастворимый слизистый барьер. Их основная роль заключается в защите эпителия слизистой оболочки кишки от кислого содержимого, поступающего из желудка. Одним из способов разграничения тонко- и толстокишечной метаплазии, не применяемым в рутинной клинической практике, является иммуногистохимическая реакция с антителами к муцинам: MUC2 характерен для полной метаплазии; MUC2, MUC5AC и MUC6 — для толстокишечной метаплазии [27]. В этом исследовании обнаружено, что MUC2 являлся геном с наибольшим преобладанием экспрессии в группе с метаплазией. Данный ген задействован в 11 биологических процессах, 2 клеточных компонентах и молекулярных функциях, которые выявлены как обогащённые в нашем анализе. Интересным оказался тот факт, что MUC2 задействован в биологическом процессе «ответ на токсические субстанции», определяемом авторами Gene Ontology как «процесс, приводящий к изменению состояния или активности клетки или организма (с точки зрения движения, секреции, выработки ферментов, экспрессии генов и т. д.) в результате токсического раздражителя». Это объясняет гиперэкспрессию MUC2 как ответ на повышенную кислотность содержимого желудка и нарушение слизистого барьера, что часто возникает на фоне гастрита, вызванного H. pylori [28].

Другим геном, продукт которого обладает высокой специфичностью для кишечного эпителия и экспрессия которого была значительно повышена в группе кишечной метаплазии, является MYO7B. Он кодирует белок, входящий в состав микроворсинок щёточной каёмки энтероцитов [29].

Обнаружена также увеличенная экспрессия гена CDH17 в группе метаплазии. Его продукт является известным белком межклеточных контактов, выполняя тем самым структурную функцию и поддерживая архитектонику слизистой оболочки кишки. Кроме того, он участвует в транспорте пептидов через кишечную стенку [30]. Стоит отметить, что CDH17 необходим также для выживания B-клеток памяти [31]. Из 17 обнаруженных биологических процессов, в которых задействован CDH17, 11 были связаны с иммунным ответом; 5 из них отвечали за регуляцию дифференцировки и выживания B-клеток.

Одна из основных функций кишечника — транспорт веществ. HEPH и SLC39A5 — гены, чьи продукты отвечают за всасывание минералов из просвета кишки. Их экспрессия также была значительно повышена в группе метаплазии по результатам нашего анализа. Это отражает значительное изменение белкового состава апикальной мембраны метапластически изменённых клеток желудка.

CDX1 — ген, кодирующий транскрипционный фактор, который регулирует экспрессию генов, специфичных для тонкой и толстой кишки. Его экспрессия характерна исключительно для клеток кишечника различного фенотипа [32]. Показано, что она коррелирует с тяжестью метаплазии, а также последовательно увеличивается при движении по каскаду Корреа от метаплазии к дисплазии и раку желудка [33].

В ходе регрессионного анализа обнаружена статистически значимая взаимосвязь всех шести генов, специфичных для кишечного эпителия. Наиболее часто увеличение экспрессии генов в группе метаплазии ассоциировано с увеличением доли макрофагов фенотипа М2, B-лимфоцитов, Т-регуляторных лимфоцитов и NK-клеток. Стоит отметить, что в современных исследованиях Т-регуляторные лимфоциты рассматривают чаще как мишень для эпигенетической регуляции, чем её источник. Результаты текущего исследования показывают обратное. Эти данные косвенно подтверждаются результатами исследований B. Kindlund с соавт. [34] и ранее упоминавшегося B. Song с соавт. [23], в которых обнаружено увеличение количества Т-регуляторных клеток при развитии метаплазии.

Точные механизмы, с помощью которых клетки иммунного микроокружения способны влиять на экспрессию генов в эпителиальных клетках, неизвестны. Тем не менее можно предположить значительное участие в этом секретируемого ими TGF-β, который, взаимодействуя с одноимёнными рецепторами на поверхности клеток, способен активировать транскрипционный фактор SMAD, регулирующий экспрессию генов. Данная гипотеза подтверждается результатами работы A. Negovan с соавт. [35], которые показали, что мутация TGF-β1 снижает частоту развития кишечной метаплазии на фоне хронического атрофического гастрита.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты анализа показывают значительную вовлечённость клеточного иммунного микроокружения в процесс развития метаплазии. Можно предположить, что это происходит преимущественно за счёт эпигенетического влияния на экспрессию генов клеток эпителия слизистой оболочки желудка в процессе регенерации на фоне хронического повреждения. Однако не исключается роль других эпигенетических процессов, таких как изменение конформации хроматина и профиля топологически ассоциированных доменов, в регуляции дифференцировки. Кроме того, на текущий момент нет точных данных, определяющих механизмы воздействия иммунных клеток на экспрессию генов эпителия. Дальнейшие исследования в области эпигенетики и молекулярной биологии могут пролить свет на процессы, лежащие в основе нарушения направления дифференцировки клеток желудка, называемого метаплазией.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией). Наибольший вклад распределён следующим образом: Ю. К. Слепов — сбор и анализ литературы, биоинформатический анализ, морфологический и морфометрический анализ, подготовка и написание текста статьи; А. М. Емелин — иммуногистохимическое исследование образцов; Р. В. Деев — курация и контроль качества исследования.

×

Об авторах

Юрий Константинович Слепов

Северо-Западный государственный медицинский университет имени И.И. Мечникова

Автор, ответственный за переписку.
Email: slepovurij95@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3498-4573
SPIN-код: 5430-7130
Россия, Санкт-Петербург

Алексей Михайлович Емелин

Российский научный центр хирургии имени академика Б.В. Петровского

Email: eamar40rn@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4109-0105
SPIN-код: 5605-1140
Россия, Москва

Роман Вадимович Деев

Российский научный центр хирургии имени академика Б.В. Петровского

Email: romdey@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8389-3841
SPIN-код: 2957-1687

канд. мед. наук, доцент

Россия, Москва

Список литературы

  1. Goldenring J.R., Mills J. C. Cellular plasticity, reprogramming, and regeneration: metaplasia in the stomach and beyond // Gastroenterology. 2022. Vol. 162, N 2. P. 415–430. doi: 10.1053/j.gastro.2021.10.036
  2. Banks M., Graham D., Jansen M., et al. British Society of Gastroenterology guidelines on the diagnosis and management of patients at risk of gastric adenocarcinoma // Gut. 2019. Vol. 68, N 9. P. 1545–1575. doi: 10.1136/gutjnl-2018-318126
  3. Wizenty J., Tacke F., Sigal M. Responses of gastric epithelial stem cells and their niche to Helicobacter pylori infection // Ann Transl Med. 2020. Vol. 8, N 8. P. 568. doi: 10.21037/atm.2020.02.178
  4. Fritsche K., Boccellato F., Schlaermann P., et al. DNA methylation in human gastric epithelial cells defines regional identity without restricting lineage plasticity // Clin Epigenetics. 2022. Vol. 14, N 1. P. 193. doi: 10.1186/s13148-022-01406-4
  5. Cortés-Márquez A.C., Mendoza-Elizalde S., Arenas-Huertero F., et al. Differential expression of miRNA-146a and miRNA-155 in gastritis induced by Helicobacter pylori infection in paediatric patients, adults, and an animal model // BMC Infect Dis. 2018. Vol. 18, N 1. P. 463. doi: 10.1186/s12879-018-3368-2
  6. Li T., Guo H., Li H., et al. MicroRNA-92a-1-5p increases CDX2 by targeting FOXD1 in bile acids-induced gastric intestinal metaplasia // Gut. 2019. Vol. 68, N 10. P. 1751–1763. doi: 10.1136/gutjnl-2017-315318
  7. Li H., Wu Q., Li T., et al. The miR-17–92 cluster as a potential biomarker for the early diagnosis of gastric cancer: evidence and literature review // Oncotarget. 2017. Vol. 8, N 28. P. 45060–45071. doi: 10.18632/oncotarget.15023
  8. Zhu Y., Jiang Q., Lou X., et al. MicroRNAs up-regulated by CagA of Helicobacter pylori induce intestinal metaplasia of gastric epithelial cells // PLoS One. 2012. Vol. 7, N 4. P. e35147. doi: 10.1371/journal.pone.0035147
  9. Petersen C.P., Weis V. G., Nam K. T., et al. Macrophages promote progression of spasmolytic polypeptide-expressing metaplasia after acute loss of parietal cells // Gastroenterology. 2014. Vol. 146, N 7. P. 1727–38. doi: 10.1053/j.gastro.2014.02.007
  10. Konstantinou D., Bertaux-Skeirik N., Zavros Y. Hedgehog signaling in the stomach // Curr Opin Pharmacol. 2016. Vol. 31. P. 76–82. doi: 10.1016/j.coph.2016.09.003
  11. Слепов Ю.К., Лаушкин М. А., Деев Р. В. Гипотеза о роли иммунной системы в канцерогенезе // Гены и клетки. 2021. Т. 16, № 1. С. 82–91. EDN: KQUADU doi: 10.23868/202104013
  12. Аруин Л.И., Кононов А. В., Мозговой С. И. Новая классификация хронического гастрита. Омск: Д-Графикс, 2009. 18 с. EDN: YNHYJF
  13. Rugge M., Correa P., Di Mario F., et al. OLGA staging for gastritis: a tutorial // Dig Liver Dis. 2008. Vol. 40, N 8. P. 650–658. doi: 10.1016/j.dld.2008.02.030
  14. Li A., Li Y., Li Y., et al. Identification and validation of key genes associated with pathogenesis and prognosis of gastric cancer // PeerJ. 2023. Vol. 11. P. e16243. doi: 10.7717/peerj.16243
  15. Love M.I., Huber W., Anders S. Moderated estimation of fold change and dispersion for RNA-seq data with DESeq2 // Genome Biol. 2014. Vol. 15, N 12. P. 550. doi: 10.1186/s13059-014-0550-8
  16. Wu T., Hu E., Xu S., et al. clusterProfiler 4.0: a universal enrichment tool for interpreting omics data // Innovation (Camb). 2021. Vol. 2, N 3. P. 100141. doi: 10.1016/j.xinn.2021.100141
  17. Zaitsev A., Chelushkin M., Dyikanov D., et al. Precise reconstruction of the TME using bulk RNA-seq and a machine learning algorithm trained on artificial transcriptomes // Cancer Cell. 2022. Vol. 40, N 8. P. 879–894. doi: 10.1016/j.ccell.2022.07.006 https://geneontology.org/ [Internet]. Gene ontology resource. Режим доступа: https://geneontology.org/ Дата обращения: 25.03.2024.
  18. Correa P. Human gastric carcinogenesis: a multistep and multifactorial process — First American Cancer Society award lecture on cancer epidemiology and prevention // Cancer Res. 1992. Vol. 52, N 24. P. 6735–6740.
  19. Pennelli G., Grillo F., Galuppini F., et al. Gastritis: update on etiological features and histological practical approach // Pathologica. 2020. Vol. 112, N 3. P. 153–165. doi: 10.32074/1591-951X-163
  20. Huang R.J., Choi A. Y., Truong C. D., et al. Diagnosis and management of gastric intestinal metaplasia: current status and future directions // Gut Liver. 2019. Vol. 13, N 6. P. 596–603. doi: 10.5009/gnl19181
  21. Piazuelo M.B., Bravo L. E., Mera R. M., et al. The Colombian Chemoprevention Trial: 20-year follow-up of a cohort of patients with gastric precancerous lesions // Gastroenterology. 2021. Vol. 160, N 4. P. 1106–1117. doi: 10.1053/j.gastro.2020.11.017
  22. Song B., Li T., Zhang Y., et al. Identification and verification of ferroptosis-related genes in gastric intestinal metaplasia // Front Genet. 2023. Vol. 14. P. 1152414. doi: 10.3389/fgene.2023.1152414
  23. Petersen C.P., Meyer A. R., De Salvo C., et al. A signalling cascade of IL-33 to IL-13 regulates metaplasia in the mouse stomach // Gut. 2018. Vol. 67, N 5. P. 805–817. doi: 10.1136/gutjnl-2016-312779
  24. Ohtani N., Ohtani H., Nakayama T., et al. Infiltration of CD8+ T cells containing RANTES/CCL5+ cytoplasmic granules in actively inflammatory lesions of human chronic gastritis // Lab Invest. 2004. Vol. 84, N 3. P. 368–375. doi: 10.1038/labinvest.3700039
  25. Wang R., Song S., Qin J., et al. Evolution of immune and stromal cell states and ecotypes during gastric adenocarcinoma progression // Cancer Cell. 2023. Vol. 41, N 8. P. 1407–1426. doi: 10.1016/j.ccell.2023.06.005
  26. Battista S., Ambrosio M. R., Limarzi F., et al. Molecular alterations in gastric preneoplastic lesions and early gastric cancer // Int J Mol Sci. 2021. Vol. 22, N 13. P. 6652. doi: 10.3390/ijms22136652
  27. Kusters J.G., van Vliet A. H., Kuipers E. J. Pathogenesis of Helicobacter pylori infection // Clin Microbiol Rev. 2006. Vol. 19, N 3. P. 449–490. doi: 10.1128/CMR.00054-05 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ [Internet]. NCBI. MYO7B myosin VIIB [Homo sapiens (human)]. Режим доступа: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/4648#gene-expression Дата обращения: 25.03.2024. https://www.uniprot.org/ [Internet]. UniProt. Режим доступа: https://www.uniprot.org/uniprotkb/Q12864/entry#function Дата обращения: 25.03.2024.
  28. Funakoshi S., Shimizu T., Numata O., et al. BILL-cadherin/cadherin-17 contributes to the survival of memory B cells // PLoS One. 2015. Vol. 10, N 1. P. e0117566. doi: 10.1371/journal.pone.0117566 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ [Internet]. NCBI. CDX1 caudal type homeobox 1 [Homo sapiens (human)]. Режим доступа: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/1044#summary Дата обращения: 25.03.2024.
  29. Kang J.M., Lee B. H., Kim N., et al. CDX1 and CDX2 expression in intestinal metaplasia, dysplasia and gastric cancer // J Korean Med Sci. 2011. Vol. 26, N 5. P. 647–653. doi: 10.3346/jkms.2011.26.5.647
  30. Kindlund B., Sjöling A., Hansson M., et al. FOXP3-expressing CD4(+) T-cell numbers increase in areas of duodenal gastric metaplasia and are associated to CD4(+) T-cell aggregates in the duodenum of Helicobacter pylori-infected duodenal ulcer patients // Helicobacter. 2009. Vol. 14, N 3. P. 192–201. doi: 10.1111/j.1523-5378.2009.00673.x
  31. Negovan A., Iancu M., Tripon F., et al. Cytokine TGF-β1, TNF-α, IFN-γ and IL-6 gene polymorphisms and localization of premalignant gastric lesions in immunohistochemically H. pylori-negative patients // International Journal of Medical Sciences. 2021. Vol. 18, N 12. P. 2743–2751. doi: 10.7150/ijms.60517

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Соотношение различных стадий атрофии и степени воспаления внутри исследуемых групп, %.

3. Рис. 2. Распределение данных и результаты теста Вилкоксона с поправкой на множественные сравнения Холма: a — макрофаги; b — Т-цитотоксические лимфоциты; c — плазмоциты; ** p <0,01.

Скачать (909KB)
4. Рис. 3. Микрофотографии слизистой оболочки желудка пациентов с хроническим атрофическим гастритом: без метаплазии — слева, с кишечной метаплазией — справа; ×200. Иммуногистохимическое исследование с первичными антителами к: a — CD68 (макрофаги); b — CD8 (Т-цитотоксические лимфоциты); c — CD138 (плазмоциты).

5. Рис. 4. Volcano plot дифференциальной экспрессии генов. Каждая точка на графике обозначает ген. Справа от нуля расположены гены, чья экспрессия выше в группе метаплазии, слева — ниже. Синим отмечены гены с p <0,01. Сокращённые названия отмечены для 10 генов с наименьшими значениями p.

Скачать (915KB)
6. Рис. 5. Результаты кластерного анализа дифференциальной экспрессии генов.

7. Рис. 6. 10 паттернов, задействующих наибольшее количество генов в каждой из групп Gene Ontology.

8. Рис. 7. Результаты деконволюции данных РНК-секвенирования. Первые пять образцов относятся к группе кишечной метаплазии (выделены красной рамкой), остальные — к группе без метаплазии.


© Эко-Вектор, 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Периодический печатный журнал зарегистрирован как СМИ Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор): 0110212 от 08.02.1993.
Сетевое издание зарегистрировано как СМИ Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор): ЭЛ № ФС 77 - 84733 от 10.02.2023.