TOMM40/FADS2表达比值预测三阴性乳腺癌对mTOR抑制剂的敏感性

《Cancer Medicine》：TOMM40/FADS2 Expression Ratio Predicts the Sensitivity to mTOR Inhibitors in Triple-Negative Breast Cancer

　　

背景：三阴性乳腺癌（triple-negative breast cancer, TNBC）是一种缺乏雌激素受体（estrogen receptor, ER）、孕激素受体（progesterone receptor, PR）和人表皮生长因子受体2（human epidermal growth factor receptor-2, HER2）表达的乳腺癌亚型。目前缺乏预测TNBC患者对靶向治疗应答的生物标志物。方法：研究人员利用癌症基因组图谱（The Cancer Genome Atlas, TCGA）和基因表达综合数据库（Gene Expression Omnibus, GEO）进行生物信息学分析，生成正常组织与TNBC患者原发肿瘤之间哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1（mammalian target of rapamycin complex 1, MTORC1）基因集的差异表达基因（differentially expressed genes, DEGs）。采用Cox回归分析确定独立预后因素。通过蛋白质印迹（western blotting）和免疫组织化学（immunohistochemistry, IHC）检测一组TNBC细胞系和乳腺癌组织中鉴定出的预后基因的内源性表达水平。结果：研究人员发现两个预后基因：FADS2和TOMM40。TOMM40（风险比HR=2.243）为风险因素，FADS2（HR=0.652）为保护因素。较高的TOMM40/FADS2比值与TNBC患者的不良预后相关。TOMM40/FADS2比值与TNBC患者的年龄、肿瘤大小、淋巴结转移、病理分期和总生存期显著相关（p<0.05）。值得注意的是，MTT细胞毒性实验显示，与较低TOMM40/FADS2比值的TNBC细胞相比，具有较高TOMM40/FADS2比值的TNBC细胞对哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin, mTOR）抑制剂治疗更敏感。结论：研究人员的结果提供了一种新的治疗策略，即利用TOMM40/FADS2表达比值预测TNBC中细胞对mTOR抑制剂治疗的敏感性。

三阴性乳腺癌（triple-negative breast cancer, TNBC）是一种缺乏雌激素受体（estrogen receptor, ER）、孕激素受体（progesterone receptor, PR）和人表皮生长因子受体2（human epidermal growth factor receptor-2, HER2）表达的乳腺癌亚型，常见于年轻女性，具有高复发率和不良预后。目前化疗是标准治疗，但化疗耐药问题突出，且由于缺乏靶向受体，其他乳腺癌亚型的靶向治疗对TNBC无效，因此迫切需要识别预测TNBC靶向治疗疗效的生物标志物。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin, mTOR）是PI3K相关激酶（PI3K-related kinases, PIKK）家族中的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，其复合物mTORC1在代谢稳态、脂质和蛋白质合成、蛋白酶体组装及自噬等细胞功能中发挥核心作用。mTOR信号失调与多种癌症相关，但此前尚无研究探讨mTORC1在TNBC中的预后意义。为此，研究人员旨在探究mTORC1基因集的预后价值，并识别预测mTOR抑制剂疗效的生物标志物。该论文发表在《Cancer Medicine》。

研究人员采用的主要关键技术方法包括：利用TCGA和GEO数据库（GSE58135、GSE119262等）获取正常乳腺组织和TNBC原发肿瘤的转录组数据，通过差异表达分析筛选mTORC1基因集中的差异表达基因（DEGs）；采用单变量和多变量Cox回归分析构建风险评分模型，并评估其预后效能；在TNBC细胞系（HCC1937、HCC1806、HCC38、Hs578T、MDA-MB-231）中，通过蛋白质印迹和免疫组织化学（IHC）检测TOMM40和FADS2的蛋白表达；使用MTT细胞毒性实验评估细胞对mTOR抑制剂（雷帕霉素、替西罗莫司、依维莫司）的敏感性。样本队列来源于TCGA-BRCA（含1218例组织，其中正常114例、原发肿瘤1097例、转移7例）及GEO数据集。

研究结果如下：

**3.1 mTORC1基因集中的FADS2和TOMM40基因是TNBC的预后因素**
通过分析TCGA和GSE58135数据集的转录谱，发现TNBC肿瘤组织中mTORC1活性高于非TNBC肿瘤和正常组织。进一步筛选得到47个重叠的DEGs，单变量Cox回归显示FADS2（HR=0.724）为保护因素，TOMM40（HR=1.742）为风险因素；多变量分析确认两者均为独立预后标志物（FADS2: HR=0.652, p=0.004；TOMM40: HR=2.243, p=0.013）。基于两者构建的风险评分模型在Kaplan-Meier分析中显著区分高低风险组（p=0.0043），ROC曲线证实其预后预测效能。

**3.2 TOMM40/FADS2基因表达比值与TNBC患者较差临床结局相关**
分析TOMM40/FADS2比值与临床病理特征的关系，发现高比值与高龄（≥62岁）、晚期T分期、淋巴结转移、晚期病理分期及较差总生存期显著相关（p<0.05）。IHC染色显示乳腺癌组织中TOMM40和FADS2蛋白表达呈反向趋势。Kaplan-Meier分析表明，高TOMM40/FADS2比值与更差的总体生存期（OS）、无进展生存期（PFI）、疾病特异性生存期（DSS）和无病生存期（DFS）相关，且优于单独使用TOMM40或FADS2。该结果在GSE202203、GSE21653、GSE2603和GSE65194数据集中得到验证。Cox回归分析显示TOMM40/FADS2比值为独立预后因素（单变量HR=3.591, p=0.006；多变量中趋势一致）。

**3.3 TOMM40/FADS2基因表达比值预测mTOR抑制剂在TNBC中的治疗疗效**
通过分析癌症细胞系百科全书数据库，发现mTORC1基因集转录活性与雷帕霉素和替西罗莫司的半抑制浓度（IC50）呈负相关。蛋白质印迹显示高转移性TNBC细胞（Hs578T、MDA-MB-231）的TOMM40/FADS2蛋白比值高于低转移性细胞（HCC1937）。MTT实验证实，与HCC1937细胞相比，Hs578T细胞对三种mTOR抑制剂（雷帕霉素、替西罗莫司、依维莫司）更敏感。再分析GSE119262数据集发现，依维莫司新辅助治疗应答者的术前肿瘤组织中TOMM40/FADS2比值显著高于非应答者。

讨论部分总结了TOMM40和FADS2的已知功能：TOMM40是线粒体外膜转位酶（TOM）的关键组分，参与线粒体蛋白转运和自噬，在多种癌症中上调并发挥促癌作用；FADS2是脂肪酸去饱和酶，在多不饱和脂肪酸合成中起限速作用，但其在TNBC中的功能角色尚存争议，且与mTOR抑制剂耐药性可能相关。研究人员指出，TOMM40/FADS2比值作为预测mTOR抑制剂敏感性的生物标志物，对精准医学具有重要意义，但需进一步验证其临床应用。

研究结论：研究人员提出了一种新的治疗策略，即利用TOMM40/FADS2表达比值预测TNBC细胞对mTOR抑制剂治疗的敏感性。该发现对于使用TOMM40/FADS2表达比值区分可从mTOR靶向治疗中获益的TNBC患者，在精准癌症医学中具有重要价值。