基于代谢与干性相关基因构建的新型肺癌腺癌风险分层及临床结局和治疗反应评估

为解决肺癌腺癌（LUAD）可靠预后风险标志物缺失问题，研究人员开展了整合代谢与干性相关基因（msRGs）的研究。通过分析多数据库数据，构建了五基因预后风险模型，该模型可用于风险分层，对临床治疗管理和改善患者预后有重要意义。

　　肺癌，这一在全球范围内严重威胁人类生命健康的 “杀手”，尤其是其中的肺腺癌（LUAD），发病率居高不下。尽管当前放疗、化疗、手术以及靶向治疗等手段不断发展，但 LUAD 患者的预后仍不理想，免疫检查点阻断免疫疗法虽有前景，却面临部分患者耐药的困境。因此，探寻更有效的预后评估方法、寻找可靠的生物标志物来预测免疫疗法效果，并对患者进行精准分层，制定个性化治疗策略，成为了医学领域亟待解决的重要问题。

河南大学的研究人员针对上述问题展开了深入研究。他们通过全面的生物信息学方法，整合分析代谢与干性相关基因，构建了一种新型的预后风险模型。该研究成果发表在《BMC Cancer》上，为 LUAD 的治疗和预后评估提供了新的思路和方向。

研究人员开展此项研究时，主要运用了以下关键技术方法：从 The Cancer Genome Atlas（TCGA）和 Gene Expression Omnibus（GEO）数据库获取 mRNA 表达谱和临床数据；利用非负矩阵分解（NMF）、单因素和多因素 Cox 回归分析、最小绝对收缩和选择算子（LASSO）回归分析等方法筛选相关基因；采用 CIBERSORT 算法和 MCPCOUNTER 方法评估免疫细胞浸润；通过 ridge regression 结合 “pRRophetic” R 包预测化疗药物的半抑制浓度（IC₅₀）；并进行体内外实验验证。

研究结果如下：

1. 确定代谢与干性相关基因（msRGs）：从 TCGA_LUAD 数据中提取代谢相关基因，经 NMF 分类，结合干性指数确定了 415 个 msRGs。这些基因在功能上主要富集于核分裂、染色体分离等生物学过程，涉及细胞周期、卵母细胞减数分裂等癌症相关通路，且在 LUAD 组织中存在显著转录和基因变化。
2. 构建和验证预后风险模型：对 301 个差异表达的 msRGs（DE-msRGs）进行单因素 Cox 回归分析，筛选出 81 个预后相关基因，再经 LASSO 回归和多因素 Cox 回归分析，确定了由 S100P、GPX2、PRC1、ARNTL2 和 RGS20 组成的五基因预后风险模型。该模型在 TCGA 和 GEO 合并队列中均显示出良好的预测性能，高风险组患者总生存期（OS）明显较差。
3. 分析预后风险模型与临床病理特征的关系：风险评分与 LUAD 患者的病理分期、淋巴结转移、T 分期和性别相关。多因素 Cox 回归分析表明，肿瘤病理分期、N 分期和风险评分是 OS 的独立预测因素，可用于预后分层。
4. 验证预后风险基因：通过数据库分析和实验验证，发现高表达 S100P、PRC1、ARNTL2 和 RGS20 与 LUAD 患者较短的 OS 相关，GPX2 高表达可能也预示不良预后。这些基因在 LUAD 组织中的表达模式通过 GEPIA 数据库、RT-qPCR 和免疫组化分析得到证实。
5. 构建和验证预后预测列线图：整合风险评分、病理分期、T 分期、N 分期和年龄构建列线图，该图在预测 LUAD 患者 1 年、3 年和 5 年 OS 方面表现良好，校准曲线和决策曲线分析证明了其有效性。
6. 研究风险亚型与肿瘤免疫微环境的关系：风险预后基因表达与多种免疫细胞浸润水平相关，低风险组的 ESTIMATE、基质和免疫评分更高，免疫细胞浸润存在差异，如低风险组 B 细胞、单核细胞等比例较高，而高风险组 T 细胞 CD8 等比例较高。
7. 探究风险亚型与免疫治疗和化疗反应的关系：高风险组免疫检查点蛋白 TNFSF4、CD276 等表达较高，低风险组 HLA 家族成员表达较高，高风险组肿瘤突变负担（TMB）更高，对免疫治疗反应更敏感。化疗药物方面，高风险组对顺铂、紫杉醇等化疗药物反应较好，低风险组对靶向药物阿昔替尼反应较好。
8. 研究预后风险基因 ARNTL2 的作用机制：ARNTL2 影响 LUAD 患者预后，功能主要与血管生成、转移等相关。敲低 ARNTL2 可抑制细胞迁移和体内肺转移，其机制可能与激活 PI3K/AKT/mTOR 信号通路有关，该通路激活会影响上皮 - 间质转化（EMT）相关蛋白表达。

研究结论和讨论部分指出，本研究首次系统分析了 LUAD 组织中 415 个 msRGs 的表达水平，构建的五基因预后风险模型与 OS、免疫治疗和化疗反应以及肿瘤微环境相关，为评估免疫治疗和化疗效果提供了有价值的工具。虽然研究存在一定局限性，如依赖回顾性分析、体内外实验有限等，但该模型仍为 LUAD 的分子分型、预后评估和个性化治疗提供了新的视角和方法，具有重要的临床意义，有望在未来的临床实践中发挥重要作用，帮助医生更精准地制定治疗方案，改善 LUAD 患者的预后。