Prognosis-related autophagy genes in female lung adenocarcinoma

摘要：

通过癌症基因组图谱（TCGA）数据库的转录组数据和临床数据筛选女性肺腺癌预后相关的自噬基因。

本研究筛选TCGA中有意义的女性肺腺癌差异基因，采用单因素Cox比例回归模型筛选与预后相关的基因，建立最佳风险模型。本研究利用基因本体论和京都基因与基因组百科全书对基因功能进行生物信息学分析。

从 TCGA 下载了 264 例女性肺腺癌患者样本的基因表达和临床数据。十二个下调基因：NRG3、DLC1、NLRC4、DAPK2、HSPB8、PPP1R15A、FOS、NRG1、PRKCQ、GRID1、MAP1LC3C、GABARAPL1。上调 15 个基因：PARP1、BNIP3、P4HB、ATIC、IKBKE、ITGB4、VMP1、PTK6、EIF4EBP1、GAPDH、ATG9B、ERO1A、TMEM74、CDKN2A、BIRC5。基因本体论和京都基因百科全书和基因组分析表明，这些基因与自噬和线粒体（动物）显着相关。自噬相关基因的多因素 Cox 分析表明，ITGA6、ERO1A、FKBP1A、BAK1、CCR2、FADD、EDEM1、ATG10、ATG4A、DLC1、VAMP7、ST13 被确定为独立的预后指标。根据多元 Cox 比例风险回归模型，P  < .05)。单因素Cox分析显示，肿瘤分期、T、M、N分期及风险评分均与女性肺腺癌患者的生存率相关。多变量 Cox 分析发现，自噬相关风险评分是独立预测因子，曲线下面积 (AUC) 值为 0.842。最后，在各种临床病理参数中存在差异表达的自噬基因：ATG4A、BAK1、CCR2、DLC1、ERO1A、FKBP1A、ITGA6。

风险评分可作为女性肺腺癌患者的独立预后指标。自噬基因ITGA6、ERO1A、FKBP1A、BAK1、CCR2、FADD、EDEM1、ATG10、ATG4A、DLC1、VAMP7、ST13被确定为女性肺腺癌的预后基因，可能是未来治疗的靶点。

关键词：自噬基因，女性，肺腺癌，预后，风险评分

结果

3.1。ATG的鉴定分析

整合来自女性肺腺癌患者的260个ATGs的表达值，鉴定出12个下调基因和15个上调基因。箱线图（图。（图1A），1A），热图（图。（图1B），1B）和火山图（图 1）。（图1C）1C) 用于揭示这些差异表达基因在肿瘤和非肿瘤组织中的表达模式。

3.2. 功能富集分析

共对27个差异表达基因进行功能分析，为这些基因提供生物学功能。为了探究女性肺腺癌中27个ATGs的潜在信号通路，我们用GO和KEGG对其进行了分析。GO分析（图1）（图 2A-C）2A-C) 表明这些 ATG 在一些基本的生物学过程中富集，包括自噬过程和凋亡信号通路。细胞成分影响自噬和线粒体。基于分子功能，这些基因在细胞对氧化应激、蛋白磷酸酶结合和磷酸酶结合的反应中最为丰富。KEGG 分析（图 1）。（图3A，B）3A、B）显示27个ATGs与自噬和线粒体（动物）显着相关，大多数富集途径的得分大于0，表明这些途径更有可能被增强。

3.3. 女性肺腺癌预后标志物的构建、诊断准确性研究 (LUAD)

通过单变量 Cox 回归分析了 28 个 ATG。8个基因被确定为保护因素（HR < 1），另外20个基因被确定为危险因素（HR > 1）。对28个基因进行多变量Cox回归分析，最终确定12个基因（ITGA6、ERO1A、FKBP1A、BAK1、CCR2、FADD、EDEM1、ATG10、ATG4A、DLC1、VAMP7、ST13）为独立的预后指标，可能有助于预测预后。

对12个基因进行多元Cox回归分析，得到各独立风险基因的表达系数，见表表格1，1, 最后使用以下公式开发基于预测的预后模型：预后指数 (PI) = (–0.162∗ITGA6 表达水平) + (0.466∗ERO1A 表达水平) + (0.872∗FKBP1A 表达水平) + (0.373∗ BAK1表达水平）+（–0.392∗CCR2表达水平）+（0.416∗FADD的表达水平）+（–0.625∗EDEM1）+（0.778∗ATG1 0表达水平）+（–0.899∗ATG4A表达水平）+（ 0.399∗DLC1 表达水平）+（0.367∗VAMP7 表达水平）+（0.572∗ST13 表达水平）。

根据每个 ATG 的相关 mRNA 表达水平和风险系数计算每个患者的风险评分。风险评分用于预测女性 LUAD 的预后，中位风险评分是将患者分为高危组和低危组的关键值（图 1）。（图 5B）。5乙）。绘制热图以显示高风险和低风险女性 LUAD 组中的基因表达谱（图 2）。（图 5C）。5C）。HR > 1 的基因被认为是危险基因，而 HR < 1 的基因是保护基因（图 2）。（图 4B）。4乙）。如图图4，4，高危组患者表达风险基因的可能性更大。相比之下，低风险组的患者倾向于表达保护基因（图 1）。（图 4B），4B），Kaplan-Meier 累积曲线显示，在 10 年的随访中，低危患者的生存时间明显长于高危患者（P  < .05）（图 1）。（图4A图5）。

3.4. 自噬作为独立的预后因素

我们通过单变量Cox回归分析和多变量Cox回归分析评估了自噬相关风险评分的预后价值，单变量分析中的自噬相关风险评分与OS显着相关（HR = 1.235，95%置信区间（CI）= 1.173 –1.299, P  < .001) 在 T、M、N 阶段（图 1）。（图 6A）。6一个）。多变量分析进一步表明，自噬相关风险评分是一个独立的预后指标（HR = 1.208, 95% CI = 1.143-1.277）（图 2）。（图 6B）。6乙）。结果证实，自噬相关风险评分可作为临床实践中的独立预后因素。

3.5. 风险评分等指标的多指标ROC曲线

OS 的 ROC 曲线已应用于揭示 12 个自噬相关基因风险评分的预测性能（图 1）。（图 6C）。6C）。风险评分（AUC = 0.842）的曲线下面积（AUC）值显着大于其他指标包括年龄（AUC = 0.510）、肿瘤分期（AUC = 0.755）、T分期（AUC = 0.682）、N分期(AUC = 0.662) 和 M 分期 (AUC = 0.578)，表明与其他个体指标相比，该风险更能预测女性 LUAD 患者的生存率。但由于缺乏治疗方案、个人病史、肿瘤分级等临床数据，我们无法对其他临床因素进行ROC分析。

3.6. 女性 LUAD 患者自噬相关风险特征与临床病理学特征的相关性

这些相关基因在各种临床病理参数中存在差异表达。如图所示图7，7，在不同的肿瘤阶段发现了不同的 ATG4A 表达（图 2）。 (图 7C),7C），并且在不同的M阶段发现了不同的BAK1表达（图4）。 （图 7E）。7E)。在不同的肿瘤阶段发现了不同的 CCR2 表达（图 2）。（图 7G），7G），在不同的肿瘤分期和N分期中发现了不同的DLC1表达（图4）。 （图 7B，7B、I），ERO1A在不同肿瘤分期和M分期表达不同（图1）。 （图 7D，7D，F），在不同的N阶段发现了不同的FKBP1A表达（图4）。 (图 7H),7H），并且在不同年龄阶段发现了不同的ITGA6表达（图4）。 （图 7J）。7J)。在不同的肿瘤阶段发现了不同的风险评分表达（图4）。（图7）。

讨论

近年来，多项研究表明自噬与LUAD的预后密切相关，考虑到自噬在LUAD中的重要性，我们可以合理推测自噬相关基因在女性LUAD的预后评估中具有广阔的前景，但自噬起着复杂的作用。对肺的作用，可对肺病的发展产生保护和伤害作用。因此，将自噬设计为一种有效的治疗干预策略需要仔细考虑和进一步研究。[ 11 ]

自噬的作用并非一成不变，因此本研究基于现有女性肺腺癌基因数据，在筛选自噬相关基因，鉴定出12个可能成为女性LUAD预后标志物或潜在治疗靶点的关键预后基因后，这12个基因在肺癌中的作用机制总结如下。

ITGA6 是整合素家族的成员，在多种细胞类型之间的相互作用中起关键作用，并参与多种生物过程，包括细胞增殖和侵袭。[ 12 ] ITGA6 已被证明在 NSCLC 中发挥致癌作用。[ 13 ]

ERO1A基因在癌症患者中的共表达分析表明，ERO1A在肺腺癌中显着上调，促进细胞迁移和侵袭。[ 14 ] ERO1A 的高表达与肺腺癌患者的不良 OS 相关。[ 15 ] BAK1 是细胞凋亡的关键效应物，[ 16 ]特别是线粒体细胞凋亡。[ 17 ]多项研究证实，它可以诱导非小细胞肺癌细胞的增殖抑制和凋亡。[ 18 ] CCR2表达与肿瘤分期和转移有关。[ 19 ]实验已经证实，内皮CCR2表达是肿瘤细胞外渗和肺转移所必需的。缺乏CCR2的内皮细胞可以大大减少肺转移，但原发肿瘤的生长不受影响。[ 20 ] ATG10，位于染色体5q14，是一种自噬E2样酶，参与自噬体形成。[ 21 ] ATG10在肺癌肿瘤中表达上调，其高表达是肺癌患者死亡的危险因素。[ 22 ] ATG4A具有蛋白水解作用，在自噬中发挥有效作用。[ 23 ]ATG4A中内含子SNP rs807185的变异与肺癌风险降低显着相关，可能是肺癌的保护因素。[ 24 ] DLC1位于染色体8p21 3-22，该区域在许多人类癌症中显示杂合性缺失，包括前列腺癌、结肠癌、乳腺癌、卵巢癌、肝癌、肺癌和膀胱癌。[ 25 ] DLC1 的缺失导致 Rho 通路失调，这可能导致癌症进展。[ 26 ]在患有肺腺癌的吸烟者中，DLC1 下调和 TP53 突变与往常一样。[ 27 ]VAMP7 参与将自噬体转运到细胞外周。[ 28 ]同时，VAMP7 是 MT1-MMP 介导的基质降解和侵袭的关键调节因子。MT1-MMP 介导的细胞周围蛋白水解活性是癌细胞突破基底膜并在纤维胶原基质中间充质迁移所必需的。[ 29 ]已观察到 FADD 在 NSCLC 中高度表达，并被认为与 NSCLC 中增加的攻击行为和预后预测标志物有关。[ 30 , 31 ]

可以看出，这些基因在癌症，尤其是肺癌的发生发展过程中发挥了2个作用，这与自噬在肿瘤中发挥双向作用的共识是一致的。然而，在这项研究中，我们发现表现出一致作用的自噬相关基因可能以某种方式促进肺癌的发展。这项调查表明，自噬可能是未来女性 LUAD 治疗的一个有希望的目标。

在这些基因中，fkbp1a、edem1、ST13和VAMP7更具吸引力，这些基因此前在肺癌研究中均未发现，可视为女性LUAD的潜在预后生物标志物。

此外，还进行了 GO 和 KEGG 分析以揭示丰富的分子和生物学途径。结果表明，最丰富的GO术语与生物过程和细胞组成中的自噬高度相关。与GO分析一致，KEGG分析也丰富了最重要的自噬通路。因此，我们推测这种自噬模式可能在女性 LUAD 的发生和发展中充当肿瘤启动子。

结论

总之，我们的研究确定了与女性 LUAD 存活相关的 12 个自噬相关基因（ITGA6、ERO1A、FKBP1A、BAK1、CCR2、FADD、EDEM1、ATG10、ATG4A、DLC1、VAMP7、ST13）。基于这 12 个基因，建立了一个风险标志物，并被证明是女性 LUAD 患者的独立预后因素。我们的研究结果有望应用于临床实践，可能成为女性肺腺癌的潜在靶向治疗，进一步的研究将为我们提供其确切机制。然而，这项研究的局限性在于回顾性分析。应进行前瞻性研究以验证自噬相关基因的预后价值，多中心数据将证实我们的发现。