HOXA5介导的肿瘤-免疫界面空间重塑在癌症中的作用及其在AML发病机制中的新见解

《Frontiers in Immunology》：HOXA5-mediated spatial remodeling of tumor-immune interfaces across cancers promotes AML pathogenesis

本综述通过整合多组学数据（TCGA、GTEx、TISCH2、空间转录组等），系统揭示了HOXA5在33种癌症中的表达异质性、空间免疫调控功能及治疗潜力。研究证实HOXA5在实体瘤（如BRCA、LUAD）与血液肿瘤（如AML）中具有"双重人格"特性，其通过IGFBP3-TMEM219/PTN-NCL轴重塑肿瘤微环境，并首次发现巯基嘌呤（mercaptopurine）可作为靶向HOXA5的潜在治疗药物。该研究为HOXA5相关精准治疗策略提供了多组学证据链。

　　

HOXA5在癌症中的表达异质性

通过对GTEx数据库的分析发现，HOXA5在正常肾上腺、输卵管和肾脏组织中高表达，同时在免疫细胞（如嗜碱性粒细胞、NK细胞）中也呈现较高表达水平。肿瘤细胞系（如子宫癌、肾癌、结直肠癌细胞系）同样显示HOXA5表达升高。泛癌转录组分析表明，HOXA5在胶质母细胞瘤（GBM）和急性髓系白血病（AML）中表达显著上调，而在乳腺癌（BRCA）和肺腺癌（LUAD）中表达下调。通过整合TCGA肿瘤样本与GTEx正常样本，研究发现超过75%的肿瘤类型存在HOXA5表达失调：在BRCA、LUAD、肺鳞癌（LUSC）和直肠腺癌（READ）中显著下调；在弥漫大B细胞淋巴瘤（DLBC）、GBM和胰腺癌（PAAD）中显著上调。空间转录组学分析进一步证实，HOXA5在恶性肿瘤微区域中的表达显著高于非恶性区域，且与肿瘤细胞含量呈强正相关。

HOXA5的基因组和表观遗传学特征

cBioPortal分析揭示了HOXA5在多种癌症中的突变位点分布，其中扩增现象较为常见，特别是在食管癌（ESCA）中。拷贝数变异（CNV）分析显示HOXA5存在广泛的低水平扩增，而在卵巢癌（OV）和子宫癌肉瘤（UCS）中主要观察到显著缺失。HOXA5表达水平随着从缺失到扩增的CNV状态变化而逐步升高。在低级别胶质瘤（LGG）、肾乳头状细胞癌（KIRP）和ESCA中，HOXA5的CNV与mRNA表达呈正相关。甲基化模式分析显示，HOXA5在多种恶性肿瘤中存在显著的高甲基化现象。甲基化与表达的关系表现出肿瘤类型特异性：在肾嫌色细胞癌（KICH）、AML、肉瘤（SARC）和UCS中呈负相关；在胆管癌（CHOL）、GBM和睾丸生殖细胞肿瘤（TGCT）中呈正相关。eQTL-GWAS共定位分析表明，rs3757640（HOXA5）与癌症风险共享遗传变异，为共定位提供了强有力的证据（PP.H4.abf = 1）。

HOXA5在泛癌中的功能富集分析

HOXA5在不同肿瘤中表现出多样化的功能状态。在膀胱癌（BLCA）、结肠癌（COAD）、GBM、头颈部鳞癌（HNSC）和前列腺癌（PRAD）中，HOXA5与免疫相关通路呈显著负相关；而在LGG、OV和葡萄膜黑色素瘤（UVM）中呈正相关。代谢分析显示，在HOXA5高表达的BLCA和嗜铬细胞瘤（PCPG）中，类固醇激素生物合成和细胞色素P450介导的外源物代谢通路被激活，而在HOXA5高表达的COAD和肝细胞癌（LIHC）中这些通路被抑制。基因集变异分析（GSVA）表明，HOXA5与血管生成、分化、上皮间质转化（EMT）和干性呈正相关。TCPA分析鉴定出大量HOXA5相关蛋白，HOXA5与致癌通路显著相关，凸显了其在肿瘤发展中的重要作用。

HOXA5在肿瘤免疫微环境中的特征

HOXA5的免疫关联表现出肿瘤异质性。在BLCA、DLBC和皮肤黑色素瘤（SKCM）中，HOXA5与免疫调节因子呈负相关；在LUAD、LUSC和甲状腺癌（THCA）中呈正相关。肿瘤微环境（TME）评估证实了这一现象：在LUAD、LUSC和LGG中，HOXA5与免疫评分/基质评分呈正相关；在BLCA和肾透明细胞癌（KIRC）中呈负相关。多种算法将HOXA5与免疫浸润（如CD8⁺ T细胞、内皮细胞、成纤维细胞）和免疫检查点相关联。单细胞分析（OV：GSE154600；KIRC：GSE171306）将HOXA5定位于恶性细胞和成纤维细胞。HOXA5⁺恶性细胞和HOXA5⁺成纤维细胞比HOXA5^-细胞表现出更强的外向通信信号。在卵巢癌HOXA5⁺恶性细胞中，IGFBP通路是关键介质；配体-受体分析表明，HOXA5⁺恶性细胞通过IGFBP3-TMEM219对成纤维细胞、上皮细胞、内皮细胞、单核细胞、M1巨噬细胞、增殖T细胞和浆细胞产生更强调控。在KIRC的HOXA5⁺成纤维细胞中，PTN通路主导通信作用，通过PTN-NCL对恶性细胞、肥大细胞、NK细胞、增殖T细胞、单核/巨噬细胞、中性粒细胞、CD4⁺传统T细胞、CD8⁺T细胞和内皮细胞产生更强调控。

HOXA5在AML中的预后价值

研究证实HOXA5在AML患者中显著高表达，且与外周血原始细胞百分比、FLT3突变和NPM1突变状态显著相关。高HOXA5表达预示AML患者总生存期（OS）显著缩短，这一发现在多个独立队列中得到验证。限制性立方样条（RCS）分析显示HOXA5表达与AML死亡风险呈线性关系。HOXA5表达最高四分位（Q1）患者死亡率最高。时间依赖性ROC分析显示1年、3年和5年AUC值分别为0.622、0.655和0.722。基于TARGET-AML数据集的分析表明，高HOXA5同样预示儿童AML不良预后（HR = 1.97）。多变量Cox回归确认HOXA5为独立预后因素。

HOXA5在AML中的免疫学特征

ESTIMATE分析显示HOXA5低表达组基质评分显著较低。免疫浸润分析表明，HOXA5高表达组嗜酸性粒细胞和活化NK细胞增加；HOXA5低表达组静息肥大细胞、滤泡辅助T细胞（Tfh）和γδ T细胞增加。单样本GSEA（ssGSEA）显示HOXA5低表达组iDC、肥大细胞、pDC和Tcm细胞浸润增强。TIP数据库分析表明HOXA5表达与Th2招募、Treg招募和一般免疫浸润呈正相关，但与启动和活化呈负相关。值得注意的是，HOXA5低表达组表现出更高的IFNγ评分、T细胞炎症评分和MeTIL评分。

HOXA5调控AML细胞增殖和细胞周期

在AML细胞系（U937、KG-1）中的功能研究采用两种独立siRNA。RT-qPCR和Western blot证实了高效的HOXA5敲低。HOXA5缺失显著抑制增殖（CCK-8实验）并诱导G₀/G₁期细胞周期阻滞，证明其在AML细胞周期调控和增殖中的关键作用。

HOXA5在AML中的机制研究

基因组分析揭示HOXA5与TWIST1、HOXA4和NCAM1相互作用。蛋白互作网络将HOXA5与HOXB4、HOXC6和HOXC4连接。比较HOXA5高/低表达组鉴定出1,494个差异表达基因（610个上调，884个下调）。WGCNA确定MEdarkolivegreen模块与HOXA5最相关。交叉分析获得45个核心正相关基因。GO-BP富集提示HOXA5参与前后轴模式和胚胎骨骼发育。GO-MF富集突出DNA结合转录激活活性（RNA Pol II特异性）和生长因子活性。GSVA显示HOXA5与血管生成/转移通路呈负相关。代谢分析表明HOXA5高表达AML中缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸生物合成被激活。GSEA显示HOXA5低表达AML中黏着斑、ECM-受体相互作用和原发性免疫缺陷通路富集。

HOXA5敲低KG-1细胞的RNA-seq鉴定出566个DEG（siHOXA5-1）和591个DEG（siHOXA5-2）。交集获得442个核心HOXA5调控DEG。富集分析将HOXA5与胆固醇生物合成、细胞-细胞黏附、ECM、免疫抑制和ECM-受体相互作用联系起来，与生物信息学发现一致。

HOXA5表达与药物敏感性的关联

CellMiner分析显示HOXA5与Alvocidib（CDK抑制剂）、阿法替尼（EGFR抑制剂）、普拉曲沙（抗叶酸剂）和氨基黄酮（芳烃受体激动剂）敏感性呈正相关；与芬维A胺（类视黄醇）、三氧化二砷、雷帕霉素（mTOR抑制剂）和LY-294002（PI3K抑制剂）呈负相关。PRISM分析证实HOXA5与U-18666A（胆固醇合成抑制剂）、阿替莫德（JAK2抑制剂）和来那替尼（HER2抑制剂）呈负相关。cMAP分析鉴定MK-886（FLAP抑制剂）作为对抗HOXA5介导肿瘤发生的潜在对策。巯基嘌呤（嘌呤拮抗剂）在AML中显示最强的负相关。分子对接研究预测HOXA5残基Thr200、Tyr202和Gln238可能形成氢键网络稳定药物复合物。

讨论与展望

HOXA5在癌症中表现出"双重人格"：在实体瘤中主要发挥肿瘤抑制作用，而在血液肿瘤中转化为促癌因子。本研究通过多组学整合和功能验证，首次揭示了其在肿瘤空间免疫微环境中的关键作用，并确立了其在AML中的治疗靶点价值。未来研究方向包括：利用染色质构象捕获技术分析HOXA5的3D基因组调控网络；探索HOXA5表达与免疫检查点抑制剂（ICI）疗效的关系；基于HOXA5-硫嘌呤复合物结构设计变构抑制剂；开展靶向HOXA5的AML干预试验。

结论

HOXA5在泛癌中呈现"双重人格"特征：在实体瘤中主要发挥肿瘤抑制作用，而在血液恶性肿瘤中表现为致癌性。通过多组学整合和功能验证，本研究揭示了其在空间肿瘤免疫微环境中的关键作用，并确立了其在AML中的治疗靶点价值，为基于HOXA5的精准治疗奠定了基础。