FKBP10在头颈部鳞状细胞癌的表达及临床意义

Expression and Clinical Significance of FKBP10 in Head and Neck Squamous Cell Carcinoma

摘要: 目的：本研究以期探究FKBP10在头颈鳞癌中的表达水平和可能的作用机制，为头颈鳞癌的治疗提供可能的新靶点。方法：基于TCGA数据，R 4.3.2分析FKBP10在HNSCC中的表达；GEPIA2数据库进行生存分析；通过R分析FKBP10表达与免疫浸润之间的关系；基于LinkedOmics及MSigDB数据库进行基因富集分析；STRING数据库构建蛋白质互作网络。结果：FKBP10在HNSCC组织中显著高表达(p < 0.001)，绘制ROC曲线AUC值为0.857。FKBP10高表达组总生存期缩短(p < 0.05)。免疫细胞浸润分析提示，FKBP10表达与CD⁸⁺ T细胞、M1巨噬细胞呈负相关(p < 0.001)，与M0 (p < 0.001)、M2 (p < 0.05)巨噬细胞呈正相关。基因富集分析揭示了FKBP10参与细胞外基质相关过程，FKBP10高表达样本中显著富集的生物学通路包括TGF-β、WNT、BMP等信号通路。PPI网络提示FKBP10与COL1A1密切互作。结论：FKBP10可能在头颈鳞癌中作为促癌分子，通过与COL1A1相互作用激活TGF-β信号通路，在诱导TAM向M2表型极化的同时，与TAM协同驱动ECM重塑，从而促进HNSCC的发生发展。因此，FKBP10有望成为HNSCC的潜在生物学标志物及新的治疗靶点。

Abstract: Purpose: To investigate the expression pattern and underlying mechanism of FKBP10 in head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC), aiming to identify a potential therapeutic target. Methods: Based on data collected from The Cancer Genome Atlas (TCGA), the expression level of FKBP10 in HNSCC was analyzed using R 4.3.2. Associations between FKBP10 expression and immune cell infiltration levels were quantified with CIBERSORT algorithms. Gene enrichment analysis was conducted using LinkedOmics and MSigDB databases, while FKBP10-associated protein-protein interaction (PPI) networks were analyzed via the STRING database. Results: FKBP10 was significantly overexpressed in HNSCC tissues versus normal tissues (p < 0.001), with an AUC of 0.857. Patients with high FKBP10 expression exhibited shortened overall survival (p < 0.05). FKBP10 expression showed a negative correlation with CD8⁺ T cells and M1 macrophages (p < 0.001), but a positive correlation with M0 (p < 0.001) and M2 (p < 0.05) macrophages. Gene enrichment analysis revealed FKBP10 involvement in extracellular matrix (ECM)-related processes, with TGF-β, WNT, and BMP pathways being significantly enriched. PPI analysis identified COL1A1 as a key interactor. Conclusion: FKBP10 may function as an oncogenic molecule in HNSCC. Through interaction with COL1A1, it activates TGF-β signaling, induces M2-polarization of tumor-associated macrophages (TAMs), and synergizes with TAMs to drive ECM remodeling, thereby promoting HNSCC progression. Consequently, FKBP10 may serve as a promising biomarker and therapeutic target.

1. 前言

头颈部鳞状细胞癌(head and neck squamous cell carcinoma, HNSCC)作为头颈部最常见的恶性肿瘤，是由口腔、咽部、喉部的粘膜上皮发展而来，通常与过量饮酒、接触烟草衍生致癌物、HPV感染等因素有关[1]。每年估计有890,000例新病例(约占全球所有癌症诊断的4.5%)和450,000例死亡(约占全球癌症死亡人数的4.6%) [2]。近年来，尽管已经采取了手术治疗、放化疗、靶向治疗及免疫治疗等多种治疗手段，HNSCC患者的预后仍较差，五年生存率仍保持在50%~60%左右[3]。

细胞外基质(Extracellular Matrix, ECM)是由胶原蛋白、弹性蛋白、层粘连蛋白等成分构成的复杂动态网络，为器官内的细胞和组织提供结构支持[4]。组织稳态依赖于ECM沉积、修饰、降解和组织之间的严格调节，而癌症等病理条件会导致ECM重塑过程失调[5]。在癌症的发展过程中，癌细胞可以通过诱导ECM硬化来获得更强的迁移能力，反过来硬化的基质可以通过多种信号通路促进癌细胞的增殖[6]。值得注意的是，ECM重塑不仅直接影响癌细胞，其形成的物理屏障还可以阻碍免疫细胞及药物浸润，最终导致免疫逃逸和治疗抵抗[4]。

脯氨酰异构酶10 (FK506-binding protein 10, FKBP10)属于FKBP家族中的一员，是一种位于内质网腔的粗糙型内质网驻留蛋白[7]，其编码基因位于17号染色体(17q21.2)。FKBP家族是一类独特的免疫亲和素，能够结合免疫抑制药物(如他克莫司和雷帕霉素) [8]，该家族包含特征性的肽脯氨酰顺式/反式异构酶(Peptidyl-Proline Isomerases, PPIase)结构域。FKBP10包含四个PPIase结构域，是FKBP家族中包含最多PPIase结构域的成员。FKBP10能与胶原蛋白、原弹性蛋白等细胞外基质成分相互作用[9] [10]，因此在组织重塑中起着至关重要的作用[11]。FKBP10作为ECM重塑的重要细胞内调节因子[12]，抑制FKBP10已被证实可以抑制成纤维细胞活性和影响细胞外基质沉积[13] [14]。目前研究发现，FKBP10在多种肿瘤组织中高表达，如胃腺癌、结直肠癌、肾癌等[15]-[18]。FKBP10依赖于其活性PPIase结构域来促进人类肺癌细胞的干性和致瘤能力[19]。已有研究表明，FKBP10可以调控PI3K/AKT通路以此来影响胃腺癌细胞的增殖、集落形成、迁移和侵袭[16]，通过AKT-CREB-PCNA通路促进神经胶质瘤增殖[20]，并通过circREEP3的转录激活驱动结直肠癌进展[17]。但目前FKBP10在HNSCC发生发展中发挥的作用尚未被研究和报道。

本研究通过癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas, TCGA)中收集的样本，分析FKBP10在HNSCC中的表达及其与患者生存期之间的关系，探讨FKBP10与肿瘤微环境之间的关系以及FKBP10在HNSCC的发生发展过程中可能的机制，为HNSCC的治疗提供新的思路。

2. 资料和方法

2.1. 资料收集

从癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas, TCGA) (https://portal.gdc.cancer.gov/)数据库中选择基因表达及生存数据完整的HNSCC患者，下载患者的基因表达矩阵及临床资料并进行整合。

2.2. 方法

2.2.1. FKBP10的表达

通过R 4.3.2中的TCGAplot包可视化FKBP10在各个癌症中的表达情况。利用Excel筛选并提取从TCGA获取的HNSCC数据，整理出癌组织与正常组织FKBP10的表达量，使用R 4.3.2中ggplot2包可视化FKBP10在这两组中的表达情况。使用R 4.3.2 pROC包绘制受试者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲线。

2.2.2. 生存分析

使用GEPIA2 [21]网站中Survival模块，选择基因FKBP10，选择TCGA-HNSC数据集，以此分析FKBP10的表达情况与HNSCC患者总生存期(overall survival, OS)的关系。

2.2.3. 免疫细胞浸润分析

通过R 4.3.2中的IBOR及CIBERSORT包计算FKBP10表达与HNSCC组织中免疫细胞浸润水平之间的关系。

2.2.4. 基因富集分析

通过LinkedOmics [22]获取与FKBP10共表达的基因，并对FKBP10及相关共表达基因通过R 4.3.2进行GO富集分析，其中包括基因的分子功能(molecular function, MF)、细胞组分(cellular component, CC)、参与的生物过程(biological process, BP)三个方面。通过“MSigDB” (Molecular Signatures Database , version 6.0)进行的基因集富集分析(gene set enrichment analysis, GSEA)确定FKBP10高表达肿瘤样本中显著富集的通路，并通过确定基因集的表达来评估富集分数。

2.2.5. 蛋白–蛋白相互作用网络分析

通过在线网站STRING [23]构建蛋白–蛋白相互作用网络(Protein-Protein Interaction, PPI)网络。设置的参数如下：network type (full STRING network), meaning of network edges (evidence), minimum required interaction score (media confidence (0.7))。使用GEPIA2网站中“Correlation Analysis”模块，计算FKBP10和COL1A1的相关性。利用R软件分析COL1A1在HNSCC的表达情况。

2.2.6. 统计学分析

部分结果采用R 4.3.2软件进行统计学分析和可视化处理。采用GEPIA2数据库进行生存分析，Spearman相关系数分析GEPIA2数据库中基因表达的相关性。以p < 0.05为差异具有统计学意义。

3. 结果

3.1. FKBP10在肿瘤中的表达水平

使用R软件，我们发现FKBP10在多种癌症组织中表达显著上调(图1)，其中包括HNSCC。我们通过分析从TCGA数据库收集到的522例HNSCC患者，其中包含522例癌组织及44例癌旁组织样本，结果提示HNSCC组织中FKBP10的表达较正常组织呈现显著升高(p < 0.001) (图2(A))。与此同时，通过绘制受试者特征曲线(Receiver Operating Characteristic, ROC)曲线我们发现FKBP10表达水平的曲线下面积(area under the curve, AUC)为0.857，提示FKBP10可能可作为HNSCC的潜在的标志物(图2(B))。

^*p < 0.05, ^**p < 0.01, ^***p < 0.001.

Figure 1. The expression profile of FKBP10 in pan-cancer

图1. FKBP10在不同癌症中的表达情况

3.2. FKBP10与HNSCC患者生存预后的关系

通过GEPIA2绘制FKBP10高低表达组的OS生存曲线(图3)，结果显示FKBP10高表达组总生存期明显低于低表达组(p < 0.05)。

Figure 2. Expression of FKBP10 in HNSCC and its diagnostic efficacy. (A) Expression of FKBP10 in HNSCC tissues and adjacent non-cancerous tissues; (B) ROC curve for predicting HNSCC using FKBP10

图2. FKBP10在HNSCC中的表达情况及其诊断效能。(A) FKBP10在HNSCC组织与癌旁组织的表达情况；(B) FKBP10预测HNSCC的ROC曲线

Figure 3. Relationship between FKBP10 expression and overall survival of HNSCC patients

图3. FKBP10表达与HNSCC患者总生存期的关系

3.3. FKBP10与免疫细胞浸润分析

通过R 4.3.2中的IBOR及CIBERSORT包分析在HNSCC中FKBP10表达与22种常见免疫细胞浸润情况之间的关系，使用ggplot2包可视化结果(图4)。其中，CD⁸⁺ T细胞、记忆CD⁴⁺ T细胞、滤泡辅助T细胞、单核细胞、M1型巨噬细胞、DC细胞与FKBP10表达呈负相关(p < 0.001)。M0型巨噬细胞(p < 0.001)及M2型巨噬细胞(p < 0.05)与FKBP10表达呈正相关(p < 0.05)。与B细胞未见明显相关性(p > 0.05)。

Figure 4. Correlation between FKBP10 expression and 22 common immune cell types in HNSCC

图4. 在HNSCC中FKBP10表达与22种常见免疫细胞之间的关系

3.4. 基因富集分析

我们旨在鉴定肿瘤免疫微环境中FKBP10介导富集的生物学通路。首先，我们通过LinkedOmics寻找FKB010的共表达基因(图5(A))，热图显示了与FKBP10关联最密切的前50个正相关和负相关的共表达基因(图5(B)、图5(C))。其次，我们通过R 4.3.2对FKBP10及其相关共表达基因进行了GO富集分析(图5(D)~(F))。结果提示，FKBP10及其相关基因参与多种与ECM相关的生物学过程，其中包括细胞外基质组织、胶原蛋白结合等。最后，我们进行了基因集富集分析(GESA)，并确定了富集的生物学通路(图5(G)~(I))，我们关注到在FKBP10高表达肿瘤样本中富集的生物学通路包括TGF-β信号通路(NES = 2.28, p < 0.001)，Wnt信号通路(NES = 2.10, p < 0.001)，BMP信号通路(NES = 2.04, p < 0.001)等多种信号通路。

3.5. 蛋白质相互作用

为了进一步探讨FKBP10在HNSCC发生发展中可能的分子机制，我们使用公共数据库STRING构建和分析蛋白质–蛋白质相互作用(Protein-Protein Interaction Networks, PPI)网络(图6(A))。我们获得了前10个与FKBP10相互作用的蛋白，我们关注到COL1A1跻身与FKBP10相互作用的前10种蛋白质之列(基因综合评分 > 0.7)。此外，通过GEIPA2数据库分析，我们发现COL1A1与FKBP10的相关性为0.7 (p < 0.05) (图6(B))。进一步对COL1A1构建蛋白质互作网络，我们发现COL1A1与TGFB1、SMAD3之间存在相互作用(基因综合评分 > 0.7) (图6(C))。此外，HNSCC组织中COL1A1的表达较正常组织呈现显著升高(p < 0.001) (图6(D))。

Figure 5. FKBP10-related gene enrichment analysis. (A) Pearson test analysis of genes correlated with FKBP10 expression in TCGA-HNSC; (B) Genes positively correlated with FKBP10 expression in TCGA-HNSC; (C) Genes negatively correlated with FKBP10 expression in TCGA-HNSC; (D)~(F) GO enrichment analysis of FKBP10 and its related genes; (G)~(I) Biological pathways enriched in high-expression FKBP10 samples in HNSCC

图5. FKBP10相关基因富集分析。(A) Pearson检验分析在TCGA-HNSC中与FKBP10表达相关的基因；(B) TCGA-HNSC中与FKBP10表达正相关的基因；(C) TCGA-HNSC中与FKBP10表达负相关的基因；(D)~(F) FKBP10及其相关基因的GO富集分析；(G)~(I) 在HNSCC中FKBP10高表达样本富集的生物学通路

4. 讨论

目前，HNSCC约占所有头颈癌病例的90%。由于HNSCC患者初诊时常已处于局部晚期或已发生远处转移，尽管近年来手术联合放化疗等综合治疗手段取得了较大进展，患者的五年生存率仍未见明显提升。因此，早期诊断HNSCC及开展个性化诊疗策略对于改善HNSCC患者的预后具有重要意义。基于上述临床困境，探索头颈鳞癌的新型分子标志物及治疗靶点成为近年来的研究热点。与此同时，ECM在肿瘤中的关键作用日益受到研究者的关注。ECM重塑在为肿瘤细胞提供结构和生化支持的同时，还可以影响导致肿瘤生长、侵袭和转移的关键细胞过程。了解ECM的调节异常有望为抗肿瘤治疗提供新思路。

FKBP家族通过特征的PPIase结构域催化肽键的顺/反式之间的异构化，参与如蛋白质折叠等多种生物学过程，从而导致多种疾病(包括炎症、纤维化和癌症) [24] [25]。作为该家族中PPIase结构域数量最多

Figure 6. Possible molecular mechanisms of FKBP10 in HNSCC. (A) Protein interaction network associated with FKBP10; (B) Correlation analysis between FKBP10 and COL1A1; (C) Protein interaction network associated with COL1A1; (D) Expression levels of COL1A1 in HNSCC

图6. FKBP10在HNSCC中可能的分子机制。(A) FKBP10相关的蛋白质互作网络；(B) FKBP10与COL1A1的相关性分析；(C) COL1A1相关的蛋白质互作网络；(D) COL1A1在HNSCC中的表达水平

的成员，FKBP10已被证实肺纤维化[12]、Brunk综合征[26]等多种疾病相关。FKBP10不仅与多种ECM成分相互作用，同时也是参与ECM重塑的重要分子[9]-[14]。值得注意的是，FKBP10在多种癌症中呈现失调并起促癌的作用，其中包括结直肠癌[17]、肺腺癌[19]、膀胱癌[27]等。然而，FKBP10在HNSCC中的作用尚未见报道。本研究期望探究FKBP10是否通过ECM重塑相关机制在HNSCC中发挥作用。

本研究基于TCGA数据库，通过生物信息学分析FKBP10在不同肿瘤中的表达情况，结果提示FKBP10在多种肿瘤组织中高表达，提示其可能参与多种肿瘤的发生发展过程。在HNSCC中，FKBP10的表达量在肿瘤组织中显著高于正常组织。进一步进行生存分析，发现FKBP10高表达组总生存期明显短于低表达组，提示FKBP10的异常高表达与HNSCC患者预后不良相关。

为了探究FKBP10在HNSCC发生发展中的可能的生物学功能及分子调控机制，我们进行了基因富集分析。结果提示FKBP10及其相关基因参与多种与细胞外基质相关的生物学过程，且FKBP10高表达样本中显著富集的通路包括TGF-β信号通路、Wnt信号通路、BMP信号通路及上皮–间充质转化等。TGF-β、Wnt等信号通路存在密切相互作用，均在HNSCC中起促进肿瘤进展及转移的作用[28] [29]。目前的研究已经证实，TGF-β过表达会导致大量的代谢紊乱和功能障碍，并促进上皮–间充质转化和ECM的过度沉积[30] [31]，从而导致免疫功能障碍、纤维化和肿瘤[31] [32]。鉴于TGF-β信号通路在癌症进展及ECM重塑中的关键作用，我们认为FKBP10可能通过调控TGF-β信号通路驱动ECM重塑来在HNSCC中发挥作用。

肿瘤浸润免疫细胞参与肿瘤发生、血管生成及肿瘤细胞生长和转移等过程，不同的免疫微环境也与临床免疫治疗疗效密切相关[33]。因此，我们进一步分析了FKBP10的表达与免疫浸润的相关性，结果提示FKBP10表达与CD⁸⁺ T细胞、M1型巨噬细胞呈负相关，与M0及M2型巨噬细胞呈正相关。肿瘤相关巨噬细胞(Tumor-associated Macrophage, TAM)作为肿瘤免疫微环境的重要组分，可以抑制T细胞浸润到肿瘤组织并促进肿瘤生长[34]。TAMs一方面是ECM合成、调节和重塑的关键参与者，能够促进癌组织和健康组织中的基质沉积和硬化[35]，另一方面也可以与经历上皮–间充质转化的肿瘤细胞共定位，促进肿瘤免疫逃逸[36]。既有研究表明，M1型巨噬细胞是具有抗肿瘤活性的促炎表型，而M2型则表现为促肿瘤的免疫抑制表型。大多数TAMs表达M2状态的标志物，表明肿瘤微环境中的因素将浸润的巨噬细胞重新编程为“促肿瘤”表型[37]。与此同时，TGF-β信号通路能够影响巨噬细胞的分化，促进M2表型的形成[28]。基于上述结果，我们猜测在HNSCC中，FKBP10可能通过激活TGF-β信号通路促进肿瘤细胞周围的M0巨噬细胞极化为M2型，并抑制M1表型的形成，同时与TAM协同作用，进一步影响ECM重塑。

通过PPI分析，我们发现FKBP10可能与COL1A1之间存在密切的关联。I型前胶原是由两条α1 (I)链和一条α2 (I)链组成的异源三聚体，在内质网腔内组装。FKBP10作为一种定位于内质网的伴侣蛋白，已被发现参与I型前胶原的折叠过程[38]。COL1A1编码的胶原蛋白链与FKBP10共定位于内质网中。进一步分析COL1A1的PPI发现，COL1A1与TGFB1及SMAD3之间存在相互作用，而TGF-β1及Smad3均为TGF-β/Smad信号通路的核心标志物。已有既往研究显示，COL1A1过表达能够诱导TGF-β信号通路激活[39]。同时，我们发现在HNSCC中癌组织COL1A1表达显著高于正常组织。因此，我们推测FKBP10在HNSCC中通过与COL1A1相互作用，进一步激活TGF-β信号通路。

综上所述，本研究表明，FKBP10可能在HNSCC中发挥促癌作用。其机制可能涉及通过与COL1A1相互作用激活TGF-β信号通路，在诱导TAM向M2表型极化的同时，与TAM协同驱动ECM重塑，从而促进HNSCC的进一步发生发展。本研究的局限性在于主要基于TCGA数据库进行生物信息学分析，FKBP10的具体作用机制及其与COL1A1、TGF-β信号通路的调控关系，有待未来我们进一步的实验研究加以验证。深入阐明这些机制，将为FKBP10作为HNSCC早期诊断生物标志物及潜在治疗靶点提供理论基础。

作者贡献声明

徐洛嘉负责资料收集、结果分析及撰写文章；陈海润、王艺润、杜文梁负责生物信息学和数据统计分析；李雅冬负责课题设计与论文指导。

基金项目

重庆市科学技术委员会自然科学基金项目(CSTB2023NSCQ-MSX0087)。

利益冲突声明

所有作者均无利益冲突。

NOTES

^*通讯作者。