文献解析--预测口腔鳞状细胞癌复发的基因特征是增加氧化磷酸化

文献标题：Gene signature predicting recurrence in oral squamous cell carcinoma is characterized by increased oxidative phosphorylation

DOI:10.1002/1878-0261.13328

研究背景：

口腔鳞状细胞癌（OSCC）是最常见的口腔癌类型，占所有口腔癌的90%以上。在2020年，全球估计有430,000例新的OSCC诊断和约200,000例相关死亡。尽管手术和辅助放疗化疗有所改进，OSCC的预后仍然较差，中位生存时间为37.6个月，5年生存率为64.4%。OSCC的不良预后包括局部侵袭、转移和复发。目前对OSCC复发机制的理解不足，缺乏有效的预后预测因子。肿瘤复发是癌症治疗失败的主要原因，因此理解肿瘤复发的机制对于提高治疗效果至关重要。系统方法，包括基因组学，是开发更有效的癌症预后和预测因子的关键。氧化磷酸化（OXPHOS）是一种代谢途径，它在癌细胞的能量代谢中起作用。早期研究表明，与正常细胞相比，癌细胞的糖酵解增加。然而，近期的研究表明，在某些癌症中，包括乳腺癌、肺癌和急性髓系白血病（AML），OXPHOS增加，且OXPHOS是癌症干细胞（CSCs）的首选能量产生过程。针对OXPHOS的治疗可能抑制癌症的恶性行为，因此，本研究旨在开发和验证一个新颖且强大的基因签名，以预测OSCC的预后，并揭示导致治疗失败的恶性和进展机制，以识别OSCC的治疗策略。

研究内容：

本研究的核心内容是开发和验证用于预测口腔鳞状细胞癌（OSCC）患者预后的基因签名，并探索与OSCC复发相关的生物学机制。研究团队通过Cox回归分析识别出一个与OSCC复发相关的基因签名（ORGS），并通过功能富集分析揭示了ORGS背后的生物学途径和过程。特别地，研究发现氧化磷酸化（OXPHOS）信号通路与ORGS相关，并且与OSCC患者的总体生存率差有强烈的关联。此外，研究还发现中介体复合物亚单位30（MED30）是OXPHOS的上游调控因子，其敲低可以减少组蛋白乙酰化，影响OXPHOS基因的表达，进而影响OSCC的预后。

研究方法：

1. 数据收集：研究者从TCGA数据库下载了OSCC患者的基因表达数据和临床信息，包括20530个基因表达数据和520个HNSCC患者的临床信息。

2. 基因签名开发：使用Cox比例风险模型，研究者确定了210个基因作为OSCC复发相关的基因签名（ORGS），其中包括123个高风险基因和87个低风险基因。

3. 功能富集分析：通过基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析，研究者分析了ORGS相关的功能和途径。 

4. 独立队列验证：研究者在两个独立的数据集（FHCRC和KHU）中验证了基因表达签名，使用支持向量机（SVM）算法来分类患者。

5. 上游调控因子分析：使用INGENUITY PATHWAY ANALYSIS（IPA）软件，研究者进行了上游调控因子分析，以识别OXPHOS基因的上游调控因子。

6. 细胞培养和转染：研究者对人类OSCC细胞系HSC3和HSC4进行培养，并进行了siRNA转染以沉默MED30基因。

7. 分子生物学实验：包括实时定量PCR（qRT-PCR）、西方印迹分析（Western blotting）、线粒体膜电位（MMP）检测、活性氧（ROS）生成检测和凋亡分析等实验，以探究MED30对OXPHOS基因表达和OSCC细胞功能的影响。

结果讨论：

ORGS成功将OSCC患者分为低风险和高风险两组，两组的总体生存率有显著差异，通路分析显示OXPHOS与ORGS在OSCC中相关，且高OXPHOS状态与OSCC患者预后差强相关。MED30作为OXPHOS的预测上游调控因子，其敲低可以减少组蛋白乙酰化；ORGS与OXPHOS调节过程强烈相关，表明OXPHOS是导致OSCC预后不良的关键机制。研究还发现MED30敲低会增加ROS生成并诱导凋亡，暗示MED30敲低可能通过ROS生成诱导凋亡。综上所述，这项研究不仅开发了一个新的基因签名ORGS来预测OSCC的复发，还揭示了OXPHOS和MED30在OSCC中的重要作用，为OSCC的治疗提供了新的靶点。

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