GNPNAT1通过调控ERK/MAPK信号通路与免疫浸润促进肺腺癌进展的机制研究

《Hormones & Cancer》：GNPNAT1 acts as a prognostic biomarker associated with immune infiltration in lung adenocarcinoma and promotes the proliferation and invasion of cancer cells

本研究针对肺腺癌(LUAD)预后差、治疗耐药等问题，通过多组学分析发现GNPNAT1在LUAD中显著高表达且与不良预后相关。研究人员利用TCGA、CPTAC等数据库结合体外实验验证，揭示GNPNAT1通过激活ERK/MAPK信号通路促进细胞周期进程（调控Cyclin B1/D1、CDK1表达），同时重塑肿瘤免疫微环境（与CD8+T细胞负相关，与Th2细胞正相关）。该研究为LUAD提供了新的预后生物标志物和治疗靶点，对改善LUAD患者临床预后具有重要意义。

　　

肺癌至今仍是全球癌症相关死亡的主要原因，其中肺腺癌(LUAD)作为非小细胞肺癌(NSCLC)最主要的组织学亚型，约占所有肺癌病例的40%。尽管近年来靶向治疗（如针对EGFR突变的奥希替尼）和免疫检查点抑制剂（如抗PD-1/PD-L1疗法）取得了显著进展，但晚期LUAD患者的五年生存率仍仅为18%左右，这主要归因于获得性耐药和转移进展。这种严峻的预后现状凸显了对新型生物标志物和治疗靶点的迫切需求。

代谢重编程作为肿瘤发生的标志性特征之一，近年来受到广泛关注。葡萄糖胺-6-磷酸N-乙酰转移酶1(GNPNAT1，又称GNA1)是己糖胺生物合成途径(HBP)中的关键限速酶，催化葡萄糖胺-6-磷酸发生N-乙酰化反应。HBP通路最终产物UDP-N-乙酰葡萄糖胺(UDP-GlcNAc)是蛋白质O-GlcNAc糖基化的底物供体，该修饰已被证实能够促进癌细胞增殖并协助免疫逃逸。此前研究显示GNPNAT1在乳腺癌和前列腺癌中作为预后指标，但其在LUAD中的功能意义和机制作用尚未明确。

为解决这一问题，Li等人在《Discover Oncology》上发表了题为"GNPNAT1 acts as a prognostic biomarker associated with immune infiltration in lung adenocarcinoma and promotes the proliferation and invasion of cancer cells"的研究论文。该研究通过整合多维数据集和功能实验，系统阐明了GNPNAT1在LUAD中的致癌作用。

研究人员采用的主要技术方法包括：利用TCGA和GTEx数据库进行基因表达差异分析；通过Kaplan-Meier生存分析和时间依赖性ROC曲线评估预后价值；使用LinkedOmics数据库进行基因共表达网络和功能富集分析；借助CancerSEA平台进行单细胞转录组功能注释；采用CIBERSORT等算法量化免疫细胞浸润；通过体外实验（包括Transwell迁移/侵袭、克隆形成、流式细胞术检测凋亡和细胞周期分布）验证GNPNAT1功能；利用Western blotting检测细胞周期蛋白和MAPK/ERK通路蛋白表达变化。

4.1 GNPNAT1在LUAD中高表达

研究团队通过分析TCGA和GTEx数据库发现，GNPNAT1 mRNA在LUAD组织中显著上调。CPTAC蛋白质组学数据和人类蛋白质图谱(HPA)的免疫组化结果进一步证实，GNPNAT1在LUAD中的蛋白水平也明显高于正常肺组织。

4.2 GNPNAT1表达与临床病理因素的相关性

GNPNAT1表达水平与临床癌症分期（正常组织vs I-IV期）、淋巴结转移状态（正常组织vs N0-N3）和患者年龄分组均呈显著正相关，表明GNPNAT1高表达与LUAD恶性进展密切相关。

4.3 GNPNAT1表达与LUAD不良预后相关

Kaplan-Meier生存分析显示，GNPNAT1高表达与较差的总生存期(OS)、无进展间隔期(PFI)和无复发生存期(RFS)显著相关。时间依赖性ROC分析表明，GNPNAT1表达对1年、3年和5年OS具有中等预测准确性。

4.4 GNPNAT1在LUAD中的诊断潜力

ROC曲线分析显示，GNPNAT1区分LUAD与正常组织的曲线下面积(AUC)达0.903。按临床分期进行的亚组分析显示，各期AUC值均超过0.8，表明GNPNAT1在不同疾病阶段均具有强大的诊断潜力。

4.5 功能注释和通路富集分析

基因共表达网络分析显示，GNPNAT1共表达基因显著富集于细胞增殖和有丝分裂相关生物学过程。KEGG通路分析进一步强调了细胞周期调控过程的显著富集，提示GNPNAT1通过细胞周期失调调控肿瘤增殖。

4.6 GNPNAT1功能活性的单细胞分辨率分析

单细胞测序分析显示，GNPNAT1表达与细胞增殖、细胞周期进程、DNA损伤反应和DNA修复能力呈显著正相关，进一步证实了GNPNAT1通过调节基本细胞机制参与肿瘤恶性转化。

4.7 GNPNAT1调节的LUAD免疫浸润景观

免疫浸润分析发现，GNPNAT1 mRNA水平与Th2细胞、T辅助细胞和γδ T细胞呈正相关，而与Th17细胞、B细胞、浆细胞样树突状细胞(pDC)、滤泡辅助T细胞(TFH)、嗜酸性粒细胞、常规树突状细胞(DC)、CD8⁺T细胞、未成熟DC(iDC)和肥大细胞呈负相关。这种二分关系表明GNPNAT1可能通过偏向免疫抑制表型而非细胞毒性免疫表型来重编程肿瘤微环境。

4.8 LUAD细胞系模型中GNPNAT1的功能验证

实验验证表明，GNPNAT1在多个LUAD细胞系中组成性过表达。siRNA敲低GNPNAT1后，细胞增殖、迁移和侵袭能力显著减弱，证实了GNPNAT1在LUAD侵袭性中的关键驱动作用。

4.9 敲低GNPNAT1促进LUAD细胞凋亡

流式细胞术分析显示，GNPNAT1敲低显著增加了早期和晚期凋亡细胞比例，证实GNPNAT1抑制能够促进LUAD细胞凋亡，同时抑制增殖能力。

4.10 GNPNAT1调节细胞周期蛋白网络

细胞周期分析发现，GNPNAT1敲低导致G1和S期检查点显著阻滞。Western blotting证实三种关键细胞周期调控蛋白cyclin B1、cyclin D1和CDK1表达下调，表明GNPNAT1通过转录和/或翻译后调控这些分子效应器来协调细胞周期进程。

4.11 MAPK/ERK信号级联介导GNPNAT1驱动的LUAD增殖

机制研究发现，GNPNAT1敲低后，ERK磷酸化水平在A549和H1975细胞系统中均显著降低，而P38和P65磷酸化则表现出细胞系特异性变化。这表明MAPK/ERK信号通路是GNPNAT1介导的LUAD增殖的关键机制传导器。

研究结论与讨论部分强调，GNPNAT1作为LUAD中一个多方面的致癌驱动因子，通过双重互补机制发挥作用：直接通过ERK/cyclin D1信号级联激活促进细胞周期进程；主动塑造有利于免疫逃逸的免疫抑制肿瘤微环境。这些机制见解共同表明GNPNAT1作为一个强有力的预后分层生物标志物和有吸引力的治疗靶点，特别是对于MAPK抑制剂耐药的LUAD亚群。

与先前研究相比，本研究进一步阐明GNPNAT1能够在肺腺癌中调控cyclin B1、cyclin D1、CDK1和ERK蛋白，并深入探讨了GNPNAT1表达与免疫浸润细胞的关系。尽管存在某些方法学局限性（如主要限于体外实验、免疫浸润分析依赖生物信息学算法等），但该研究为理解GNPNAT1在LUAD发病机制中的作用提供了重要见解。针对GNPNAT1酶活性的药理抑制，与免疫检查点阻断方案策略性组合，可能代表了一种合理的组合治疗方法，值得进行全面的临床前评估。

该研究的创新性在于首次系统阐明了GNPNAT1在LUAD中的双重作用机制，不仅通过细胞内在信号通路促进肿瘤恶性进展，还通过调节肿瘤免疫微环境影响治疗效果，为开发针对LUAD的联合治疗策略提供了新的思路和靶点。未来研究需要进一步验证GNPNAT1在肿瘤免疫调节中的直接作用机制，并通过动物模型和临床样本证实其治疗潜力。