5-α還原酶的表達與前列腺癌生物學行為相關性研究

孫　劍　靳　松　趙宏穎　劉　洋　金木蘭　邢念增　牛亦農

(首都醫(yī)科大學附屬北京朝陽醫(yī)院泌尿外科, 北京 100020)

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5-α還原酶的表達與前列腺癌生物學行為相關性研究

孫劍靳松趙宏穎劉洋金木蘭邢念增牛亦農*

(首都醫(yī)科大學附屬北京朝陽醫(yī)院泌尿外科, 北京 100020)

【摘要】目的 探討兩型5-α還原酶表達情況與前列腺癌Gleason分級、血清前列腺特異性抗原(prostate specific antigen,PSA)濃度、TNM分期的相關性。方法選取2013至2014年間首都醫(yī)科大學附屬北京朝陽醫(yī)院病理科前列腺癌的石蠟包埋組織40例，并收集患者基本信息、前列腺體積，術前PSA濃度，術后病理TNM分期，Gleason分級等。采用χ2檢驗和Spearman相關分析對2種5-α還原酶表達與病理分期、Gleason分級、PSA濃度及年齡等參數(shù)的關系進行分析。 結果Ⅰ型5-α還原酶在前列腺癌組織中的表達明顯高于癌旁組織(P<0.001)，相反Ⅱ型5-α還原酶在癌旁組織的表達強于癌組織(P=0.002)，Ⅰ型5-α還原酶在癌細胞中的表達與腫瘤的惡性程度呈正相關,Gleason分級越高，病理分期越高，Ⅰ型5-α還原酶的表達越強；Ⅰ型5-α還原酶表達和血PSA濃度及年齡呈正相關。結論5-α還原酶在前列腺癌組織中呈現(xiàn)差異性表達的特點，前列腺癌組織內I型酶升高，II型酶降低；I型酶的表達與年齡、PSA濃度、病理分期及Gleason分級呈正相關，在老年人群前列腺癌的發(fā)生發(fā)展中可能具有重要的作用，I型酶對判斷前列腺癌的生物學行為及預后可能具有一定意義。

【關鍵詞】5-α還原酶；Gleason分級；TNM分期；前列腺特異性抗原；前列腺癌

前列腺是男性生殖器官，常見疾病包括良性前列腺增生和前列腺癌等。雄激素在前列腺增生和前列腺癌的發(fā)生與發(fā)展中起著重要作用，睪酮經5-α還原酶(5-α reductase, 5-AR)的作用轉變?yōu)殡p氫睪酮(dihydrotestosterone, DHT)[1]，后者生物活性遠遠高于睪酮，與良性前列腺增生和前列腺癌的發(fā)生與發(fā)展具有密切的關系。人體內的5-α還原酶主要有Ⅰ型(5-alpha reductase 1，5-AR1)和Ⅱ型(5-alpha reductase 2，5-AR2)兩種同工酶，5-AR1主要存在于肝、腦、肺和非生殖器部位的皮膚及其附屬器，而5-AR2主要分布于前列腺、附睪、精囊、生殖器部位皮膚及毛囊內毛根鞘等部位[2]。目前關于2種5-α還原酶在前列腺癌中的表達情況以及與患者年齡、血清前列腺特異性抗原(prostate specific antigen,PSA)、前列腺癌病理分期及Gleason分級等指標的關系尚未完全明確。本實驗采用免疫組織化學技術從蛋白水平對前列腺癌組織中2種5-α還原酶表達情況進行檢測，并分析其表達與前列腺癌生物學行為的關系。

1材料與方法

1.1標本來源

選取2013至2014年首都醫(yī)科大學附屬北京朝陽醫(yī)院病理科前列腺癌的石蠟包埋組織40例，并收集該40例患者的基本信息如姓名、年齡、體質量指數(shù)(body mass index, BMI)等以及B超檢查的前列腺大小，術前PSA濃度，術后病理TNM分期，Gleason分級等。

1.2免疫組織化學染色

將選取的前列腺癌組織樣本石蠟包埋后，切成4～5 μm厚的組織切片；免疫組織化學染色參照Abcam免疫組織化學染色試劑盒說明書進行，依次經二甲苯脫蠟、梯度乙醇化、過氧化氫處理、熱修復抗原、分別滴加5AR1(Abcam-ab110123)(1∶50)、5AR2(Santa Cruze-sc20400)(1∶50)單克隆抗體，4℃過夜，加入二抗、加入DAB 顯色、蘇木素輕度復染、脫水、透明、封片、顯微鏡觀察。

免疫組織化學評估標準：胞質或胞核出現(xiàn)棕色顆粒的細胞為陽性細胞，每個樣本在40×視野下選3個代表區(qū)域，手動計數(shù)每個代表區(qū)域內500個細胞，將<10%、11%～50%、>50%分別定義為-(陰性)、+(弱陽性)、++～+++(強陽性)3級。

1.3前列腺癌病理分級與臨床分期

前列腺癌腺體分化采用Gleason分級系統(tǒng)，采用五級十分制，將腫瘤分為主要類型和次要類型，每個類型分為5級計1～5分，最后分級的評分為二者之和。Gleason 2～4分屬于分化良好，5～7分屬于中等分化，8～10分為分化差或未分化。前列腺癌分期采用臨床常用的病理TNM分期系統(tǒng)[3]。

1.4統(tǒng)計學方法

2結果

2.15-α還原酶在癌組織及癌旁組織中的表達

前列腺癌組織及癌旁組織中都存在著兩型5-AR。前列腺癌組織中5-AR1表達：5AR1在前列腺癌上皮細胞和間質細胞內均有表達，以上皮表達為主；在前列腺癌細胞核和細胞質中均有表達(圖1)；在癌組織中強陽性28例，弱陽性6例，陰性6例，在癌旁組織中強陽性6例，弱陽性33例，陰性1例，5-AR1在癌組織中的表達顯著高于癌旁組織(P<0.05)，詳見表1；5-AR2表達：5AR2在前列腺癌上皮細胞和間質細胞內均有表達，以上皮表達為主；在前列腺癌細胞核和細胞質中均有表達(圖2)；在癌組織中強陽性9例，弱陽性25例，陰性6例，在癌旁組織中強陽性33例，弱陽性5例，陰性2例，5-AR2在癌旁組織的表達與癌組織差異無統(tǒng)計學意義(P=0.551)，詳見表1。

圖1　5-AR1在前列腺癌組織及癌旁組織免疫組織化學染色病理切片

A： strong positive in prostate cancer tissue； B： weakly positive in prostate cancer tissue； C： negative in prostate cancer tissue； D： strong positive in para-neoplastic tissue； E： weakly positive in para-neoplastic tissue; F: negative in para-neoplastic tissue; 5-AR: 5-α reductase.

圖2　5-AR2在前列腺癌組織及癌旁組織免疫組織化學染色病理切片

A: strong positive in prostate cancer tissue; B: weakly positive in prostate cancer tissue; C: negative in prostate cancer tissue; D: strong positive in para-neoplastic tissue; E: weakly positive in para-neoplastic tissue; F: negative in para-neoplastic tissue; 5-AR: 5-α reductase.

表1　5-α還原酶Ⅰ、Ⅱ在不同部位的表達情況

2.25-AR表達程度與前列腺癌病理分期的關系

在前列腺癌組織中，5-AR1在癌細胞中的染色程度與腫瘤的病理分期呈正相關,病理分期越高，5-AR1的表達越強，其相關性差異有統(tǒng)計學意義(P=0.021)；而5-AR2的表達與腫瘤的病理分期的相關性差異無統(tǒng)計學意義(P=0.061)，詳見表2。

表2　5-α還原酶Ⅰ、Ⅱ不同表達程度與臨床分期

2.35-AR表達程度與前列腺癌Gleason分級的關系

40例前列腺癌患者標本組織中5-AR1與Gleason分級的關系：2～4分10例，5～7分13例，8～10分17例。5-AR1表達和Gleason分級具有統(tǒng)計學意義(P=0.012)并呈正相關，Gleason評分越高，其表達越強；5-AR2與Gleason分級的關系：2～4分9例，5～7分14例，8～10分17例。5-AR2表達和Gleason分級無相關性(P=0.417)，詳見表3。

表3　5-α還原酶Ⅰ、Ⅱ不同表達程度與Gleason分級

2.45-AR在前列腺癌組織中的表達與血清PSA濃度之間的關系

血清PSA值為1.22 ng/mL至282 ng/mL。其中5例患者血清PSA<4 ng/mL，9例為4～10 ng/mL，26例為>10 ng/mL。按照5-AR1強陽性、弱陽性、陰性分組，各組血清PSA值的中位數(shù)和四分位間距分別為(10.00,38.23)ng/mL 、(4.58,40.38) ng/mL、(3.22,12.17)ng/mL。5-AR1表達和PSA濃度呈正相關(P=0.013)，詳見表4。

6例患者血清PSA值為<4 ng/mL，7例為4～10 ng/mL，27例為>10 ng/mL，按照5-AR2強陽性、弱陽性、陰性分組，各組血清PSA值的中位數(shù)和四分位間距分別為(11.26,40.90)ng/mL、(6.44,25.00)ng/mL、(3.32,21.82)ng/mL。5-AR2表達和PSA濃度無相關(P=0.053)，詳見表5。

2.55-AR在前列腺癌中的表達和患者年齡的關系

40例前列腺癌患者平均年齡(68.56±7.58)歲。其中，50～59歲8例，60～69歲10例，70～79歲22例，5-AR1表達與年齡呈正相關，年齡越大，其表達強度越強(P=0.009)，詳見表6。5-AR2表達與年齡的相關性無統(tǒng)計學意義(P=0.718),詳見表7。

3討論

前列腺癌是一種嚴重威脅老年男性健康的惡性腫瘤，在美國為男性最常見的腫瘤，并且是男性癌癥死亡的主要原因, 在我國也呈逐年上升趨勢[4-5]。其病因可能與種族、遺傳、環(huán)境、吸煙、肥胖及性激素水平有關，例如家族發(fā)病率較高、發(fā)病年齡較輕、過多的攝入動物脂肪也有可能促進前列腺癌的發(fā)展。5-AR將睪酮轉化為雙氫睪酮，在前列腺增生及前列腺癌的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，包括三型5-AR，分別為Ⅰ型、Ⅱ型和III型[6]。

關于2種5-AR在前列腺組織中的表達，一些研究[7]報道2種5-AR均表達于前列腺組織中，也有研究[8]認為在前列腺組織中沒有5-AR1的表達與活性。本組實驗結果顯示，在前列腺癌組織及癌旁組織中2種5-AR均有表達，5-AR1在前列腺癌組織中表達高于癌旁組織，并且在前列腺癌組織中5-AR1表達與腫瘤的惡性程度相關，病理分期越高，腺體分化越差的腫瘤組織中其表達程度也越高。這說明在前列腺癌的發(fā)生發(fā)展過程中，5-AR1還原酶可能起重要作用，這也與筆者在前列腺癌細胞系中發(fā)現(xiàn)5-AR1,而5-AR2陰性相吻合(未發(fā)表)，與國外一些酶動力學研究[9]所證實的在多種前列腺癌細胞系中存在5-AR1高表達的情況也相符。并且國內外有研究[10-11]報道前列腺組織中5-AR2表達缺失和5-AR2基因啟動區(qū)CpG島甲基化有關，甲基化主要發(fā)生在CpG二核苷酸的C5位點，由甲基轉移酶1(DNMT1)作用，DNMT1主要作用是DNA復制過程中維持子鏈DNA的甲基化，DNMT1的異常高表達使CpG島啟動子甲基化從而導致5-AR2的表達下降[12]。而5-AR1高表達則與腫瘤細胞增生過快，組織缺氧微環(huán)境有關，其有利于5-AR將睪酮催化為雙氫睪酮，改變腫瘤細胞代謝，促進腫瘤細胞生長和細胞內基本PH值變化，這些變化反過來有利于5-AR1基因的表達[13]。

表4　5-α還原酶Ⅰ不同表達程度與血清PSA濃度

表5　5-α還原酶Ⅱ不同表達程度與血清PSA濃度

表6　5-α還原酶Ⅰ不同表達程度與年齡構成

表7　5-α還原酶Ⅱ不同表達程度與年齡構成

前列腺特異性抗原(prostate specific antigen,PSA)作為前列腺癌特異性標志物,在前列腺癌的臨床診斷與治療中已得到廣泛應用,血清 PSA檢測是目前國內外應用最為廣泛的前列腺癌篩查和前列腺癌治療效果評價指標[14-16]。前列腺癌的危險性及侵襲性與PSA濃度直接相關[17],國內研究[18]報道表明血清PSA值與前列腺癌的病理分級呈正相關，血清總前列腺特異性抗原(TPSA)、游離前列腺特異性抗原(FPSA)與前列腺癌患者的Gleason評分、臨床分期均呈正相關，且TPSA>30 ng/mL時要高度懷疑前列腺癌處于晚期。本組實驗結果顯示，5-AR1的表達與PSA濃度具有顯著正相關。提示檢測癌組織中5-AR1的表達情況對于前列腺癌的早期診斷、病理分期、術后療效觀察及隨訪具有重要的臨床意義。

40例前列腺癌患者中，5-AR1表達程度與患者年齡具有顯著相關，年齡越大，5-AR1表達越高，而5-AR2不具有這種相關性，結合5-AR1與血清PSA濃度、前列腺癌病理分期與腺體分化的相關性，提示對于前列腺癌這種老年性疾病，5-AR1的升高可能在前列腺癌的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

綜上所述，5-AR在前列腺癌組織中呈現(xiàn)差異性表達，Ⅰ型酶升高，Ⅱ型酶降低；并且與腫瘤的病理分期、Gleason分級、患者血清PSA濃度及年齡因素具有正相關性；I型酶的表達對老年人群前列腺癌的發(fā)生發(fā)展可能是重要事件；對于前列腺癌篩查、診斷、治療及預后判斷也可能具有重要的參考意義；同時提示應用具有5-AR1與5-AR2雙重抑制作用的抑制劑對于預防前列腺癌可能具有更好的療效。

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編輯陳瑞芳

Correlation between 5-α reductase and biological behavior of prostate cancer

Sun Jian, Jin Song, Zhao Hongying, Liu Yang, Jin Mulan, Xing Nianzeng, Niu Yinong*

(DepartmentofUrology,BeijingChaoyangHospital,CapitalMedicalUniversity,Beijing100020,China)

【Abstract】ObjectiveTo investigate the correlation between the expression of two types of 5-αreductase and Gleason score, serum prostate-specific antigen (PSA) concentration, and TNM stage in prostate cancer (PCa). MethodsParaffin-embedded PCa specimens of 40 cases were collected in our hospital from 2013 to 2014. Other data of these patients were also collected including the basic information, prostate volume, preoperative serum PSA concentration, postoperative pathological TNM stage, Gleason score and so on. Chi-square test and Spearman rank correlation were used to analyze the correlation.ResultsThe expression of type I 5-α reductase in PCa tissues was significantly stronger than that in the paraneoplastic tissues (Chi-square test, P<0.001). On the contrary, the expression of type II 5-α reductase in the paraneoplastic tissues was stronger than that in PCa tissues (Chi-square test, P=0.002). expression of type I 5-α reductase in PCa epithelial cells was positively correlated with patient’s age, serum PSA, the degree of tumor malignancy, Gleason score, and clinical stage.ConclusionExpression of 5-α reductases in PCa are different, type I enzyme is increased, and type II enzyme is decreased. The expression of type I enzyme is positively correlated with age, serum PSA concentration, pathological stage and Gleason score. These findings suggest that these enzymes may play an important role in the development and progression of prostate cancer in the elderly population. Type I enzyme may have a certain significance in judging the biological behavior and prognosis of prostate cancer.

【Key words】5-α reductase; Gleason score; TNM stage；prostate specific antigen (PSA); prostate cancer

基金項目：北京市自然科學基金(7122074)。This study was supported by Natural Science Foundation of Beijing(7122074).

*Corresponding author， E-mail：farmerniu@163.com

[doi：10.3969/j.issn.1006-7795.2016.03.010]

【中圖分類號】R 737.25

(收稿日期：2016-04-06)

網(wǎng)絡出版時間：2016-06-0719∶00網(wǎng)絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.3662.r.20160607.1900.032.html

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