MCM4作为增殖信号影响肺腺癌的免疫浸润和预后

摘要

目的：微小染色体维持蛋白4(minichromosome maintenance protein 4,MCM4)是DNA复制起始和延伸阶段的调控因子。本研究旨在探究肺腺癌(lungadenocarcinoma, LUAD)中MCM4的表达与肿瘤微环境(tumor microenvironment,TME)中免疫细胞和分子的相关性，以及MCM4预测患者免疫治疗敏感性和预后的能力。方法：从癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas,TCGA)、基因表达综合(Gene Expression Omnibus,GEO)数据库中下载并筛选LUAD患者的转录组数据和临床数据进行分析。其中TCGA数据集的503例患者为训练集，GEO数据集的857例患者为验证集。采用TIMER(Tumor Immune Estimation Resource)数据库对MCM4在正常组织和肿瘤组织中的表达情况进行分析。将LUAD患者肿瘤样本划分为MCM4低表达组和MCM4高表达组，采用R软件分析LUAD患者MCM4表达与总生存期(overall survival,OS)的关系；采用京都基因与基因组数据库(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)中的基因集进行基因富集分析，筛选与MCM4基因表达相关的生物学过程；采用肿瘤免疫功能障碍与排斥(tumor immune dysfunction and exclusion,TIDE)评分预测患者的免疫治疗的效果；评估LUAD患者TME的免疫评分、基质评分和ESTIMATE(estimation of stromal and immune cells in malignant tumor tissues using expression data)评分，分析MCM4表达与TME中免疫细胞、免疫检查点(immune checkpoint,ICs)之间的关系。收集武汉大学人民医院病理确诊为LUAD的穿刺或者手术切片60张(55张为LUAD的癌组织和癌旁组织，5张为正常肺组织)及临床病理资料，采用免疫组织化学染色法进行临床验证。结果：MCM4基因和蛋白质在肺正常组织和腺癌组织中差异表达。在训练集和验证集中，MCM4低表达组患者的OS均优于MCM4高表达组；MCM4均可以影响LUAD患者的预后；MCM4表达与卵母细胞减数分裂、细胞周期和DNA复制通路显著相关，且MCM4与Ki-67编码基因MKI67和增殖相关基因C1orf112均呈显著正相关；MCM4表达与TIDE评分均呈负相关，与ICs表达呈正相关，说明MCM4的表达可预测患者的免疫治疗效果；与MCM4低表达组比较，MCM4高表达组的肿瘤纯度均较高，基质细胞和免疫细胞比例均较低，且MCM4表达与CD8+T细胞均呈负相关，与Th2、骨髓来源抑制性细胞均呈显著正相关，说明肿瘤组织的MCM4高表达与患者预后不佳相关。泛癌分析结果表明：在33种肿瘤中，大部分肿瘤的MCM4表达与ICs、Th2细胞、调节性T细胞、程序性死亡受体1(programmed death-1,PD-1)、程序性死亡受体配体1(programmed death-ligand 1,PD-L1)的表达及PD-1-PD-L1评分均呈正相关，与CD8+T细胞、NK细胞均呈负相关。临床数据验证结果表明：MCM4在肿瘤组织中的染色强度和阳性细胞占比高于肿瘤间质，肿瘤组织的MCM4表达水平高于正常组织；MCM4评分与Ki-67呈显著正相关。结论：MCM4作为增殖信号影响肺腺癌的免疫浸润和预后，且MCM4高表达与TME内抑制性免疫细胞浸润及免疫治疗获益概率升高相关。

关键词

微小染色体维持蛋白4 / 肺腺癌 / 增殖 / 免疫抑制 / 预后