内质网应激相关基因在肺腺癌预后中的作用及新型预测模型构建

《Hormones & Cancer》：Endoplasmic reticulum stress-related genes play a role in the prognosis of lung adenocarcinoma

本研究针对肺腺癌(LUAD)高死亡率及预后预测难题，通过生物信息学分析筛选内质网应激(ER stress)相关预后基因，构建了包含EIF2AK3、IGFBP1等7个基因的ER评分模型，并结合临床特征建立列线图。验证表明该模型能有效预测LUAD患者生存，为ER应激在LUAD中的作用机制及个体化治疗提供新视角。

　　

肺腺癌(Lung Adenocarcinoma, LUAD)作为肺癌最常见的亚型，其高死亡率一直是临床面临的严峻挑战。多数患者确诊时已处于疾病晚期，手术机会渺茫，传统放化疗效果有限，而针对特定基因突变的靶向治疗仅能使少数患者受益。这种治疗困境凸显了深入探索LUAD发病机制、寻找新的预后标志物和治疗靶点的迫切性。

近年来，内质网(Endoplasmic Reticulum, ER)应激在肿瘤发生发展中的作用逐渐引起关注。内质网是细胞内负责蛋白质合成、折叠和修饰的关键场所，肿瘤微环境的异常容易导致蛋白质稳态失衡，引发内质网应激。在哺乳动物中，ATF6、IRE1α和PERK作为内质网应激传感器，其信号通路已被证实能够调控肿瘤进展。虽然已有研究表明某些内质网应激相关基因(如XBP1s)可预测肺腺癌预后，但关于内质网应激与LUAD关系的系统性研究仍然缺乏。

在此背景下，发表在《Discover Oncology》上的研究《Endoplasmic reticulum stress-related genes play a role in the prognosis of lung adenocarcinoma》针对这一科学问题展开了深入探索。该研究旨在通过生物信息学方法系统筛选与LUAD预后相关的内质网应激基因，构建预后预测模型，并结合临床特征建立个体化预后评估工具，为LUAD的精准医疗提供新思路。

研究人员采用多种生物信息学技术手段开展本研究。从TCGA和GEO数据库获取LUAD患者的基因表达和临床数据；从MSigDB获取内质网应激相关基因集；通过单因素Cox回归和逐步Cox回归分析筛选预后相关基因并构建ER评分模型；利用CIBERSORT和ESTIMATE算法分析肿瘤微环境特征；通过共识聚类识别LUAD分子亚型；最后使用qPCR实验验证关键基因在LUAD细胞系中的表达。

ER应激相关基因与预后的关联

研究团队首先从TCGA-LUAD数据集中筛选出273个内质网应激相关基因，通过单因素Cox回归分析发现其中47个基因与LUAD预后显著相关。这些基因中，27个为风险因素(高表达与不良预后相关)，20个为保护因素(高表达与良好预后相关)，初步揭示了内质网应激基因在LUAD预后评估中的潜在价值。

预后模型的构建与验证

通过逐步Cox回归分析，研究人员最终确定了7个关键基因(EIF2AK3、IGFBP1、SHC1、GSK3A、EIF4G1、MBTPS2和PSMC6)用于构建ER评分模型。其中EIF2AK3为保护基因，其余6个为风险基因。基于该模型，将患者分为高ER评分组和低ER评分组，生存分析显示高ER评分组患者预后显著较差。模型在TCGA数据集中的1年、3年和5年ROC曲线下面积(AUC)分别为0.72、0.73和0.69，表明具有良好的预测性能。这些结果在独立验证集GSE68465中得到了进一步证实。

ER评分与临床特征的相关性

进一步分析发现，ER评分与多个临床病理特征显著相关。女性患者的ER评分显著高于男性；随着肿瘤T分期、N分期和临床分期的升高，ER评分也相应增高。这些结果与高ER评分组患者预后较差的观察一致，说明ER评分模型能够有效反映疾病的严重程度。

ER评分与肿瘤微环境的关联

肿瘤免疫微环境分析显示，低ER评分组中记忆B细胞、记忆静息CD4 T细胞、静息树突状细胞等免疫细胞浸润水平较高，而高ER评分组中活化NK细胞、活化树突状细胞和M0型巨噬细胞浸润较多。低ER评分组的免疫评分和ESTIMATE评分显著较高，肿瘤纯度较低。此外，BTLA、CD47、CTLA4和ICOS等免疫检查点基因的表达在两组间存在显著差异，提示内质网应激与肿瘤免疫调节密切相关。

基因突变特征分析

突变分析显示，高ER评分组和低ER评分组的前5位高频突变基因均为TP53、TTN、MUC16、CSMD3和RYR2，但排列顺序略有差异。值得注意的是，高ER评分组的肿瘤突变负荷(Tumor Mutation Burden, TMB)显著高于低ER评分组，且TMB与ER评分呈正相关，尽管TMB本身与生存预后无显著关联。

LUAD分子亚型的识别

基于7个模型基因的共识聚类分析将LUAD患者分为两个亚型：cluster 1(390例)和cluster 2(114例)。生存分析显示cluster 1患者预后显著优于cluster 2患者。亚型分类与临床分期、病理T分期、病理N分期和性别显著相关，为LUAD的分子分型提供了新依据。

列线图的构建与评估

多因素Cox回归分析确定临床分期、ER评分和聚类亚型为LUAD的独立预后因素。基于这三个因素构建的列线图在1年、3年和5年时间点的校准曲线显示预测生存与实际生存高度一致，表明该列线图具有良好的预测准确性。根据列线图评分分组的生存分析进一步验证了其预后区分能力。

关键基因的实验验证

通过qPCR实验在LUAD细胞系(A549、NCI-H1975和HCC1833)中验证了7个模型基因的表达。与正常支气管上皮细胞BEAS-2B相比，EIF2AK3在LUAD细胞中表达显著下调，而IGFBP1、SHC1、GSK3A、EIF4G1、MBTPS2和PSMC6在至少一种LUAD细胞系中表达显著上调，实验数据支持了生物信息学分析结果。

研究结论与讨论部分指出，内质网应激在LUAD发生发展中扮演重要角色。本研究首次系统性地筛选并验证了7个与LUAD预后相关的内质网应激基因，构建的ER评分模型和列线图为LUAD预后预测提供了新工具。特别值得注意的是，研究发现内质网应激与肿瘤免疫微环境密切相关，这为理解内质网应激影响肿瘤进展的机制提供了新视角。

从临床转化角度，ER评分模型有助于识别高危LUAD患者，为个体化治疗策略的制定提供依据。针对这些内质网应激相关基因的治疗干预可能成为LUAD治疗的新方向。同时，内质网应激与免疫检查点基因的关联提示联合靶向内质网应激和免疫治疗的潜在价值。

该研究的创新之处在于将生物信息学分析与实验验证相结合，全面探讨了内质网应激相关基因在LUAD预后中的作用。然而，研究也存在一些局限性，如基于回顾性数据、缺乏临床样本验证、未探讨基因功能机制等。未来需要更多前瞻性研究和实验研究来验证这些发现，并深入探索这些基因在LUAD中的具体作用机制。

总之，这项研究不仅为LUAD预后预测提供了新的生物标志物和评估工具，更重要的是深化了我们对内质网应激在LUAD中作用的理解，为开发新的治疗策略奠定了理论基础。随着精准医疗时代的到来，这种基于多组学数据的个体化预后模型将在肿瘤临床实践中发挥越来越重要的作用。