一种基于KRAS-ERK信号通路的分子分层与预后预测模型：强调了ARNTL2在KRAS突变胰腺癌中的促肿瘤作用

《Biochemical and Biophysical Research Communications》：A KRAS-ERK-Associated Model for Molecular Stratification and Prognosis Prediction: Highlighting the Tumorigenic Role of ARNTL2 in KRAS-Mutant Pancreatic Cancer

　　

摘要

胰腺导管腺癌（PDAC）仍然是最具致命性的恶性肿瘤之一，其生存率低，治疗选择有限。在胰腺癌患者中，致癌性KRAS突变非常常见，是肿瘤发生的关键驱动因素。最新研究强调了细胞外信号调节激酶（ERK）在维持KRAS突变肿瘤和介导对KRAS-ERK靶向治疗的耐药性方面的关键作用。然而，KRAS-ERK相关基因在KRAS突变胰腺癌中的具体预后价值仍很大程度上尚未明确。在这项研究中，我们基于KRAS-ERK相关基因进行了全面的分子分层分析，并建立了一个由ARNTL2、ZWILCH、KIAA0513、KIAA0913和C4orf43组成的五基因KRAS-ERK预后标志物（KEPS）。KEPS模型有效地将患者分为高风险和低风险组，高风险组的预后明显较差。使用独立的KRAS突变胰腺癌队列进行的外部验证证实了KEPS的预后性能。进一步分析显示，高风险组中与肿瘤进展相关的通路富集，并表现出免疫检查点分子（包括PD-L1、PD-L2和CD276）的表达升高。在KEPS标志物基因中，ARNTL2被优先选为进一步的功能研究对象。在两个抗PD-L1治疗的队列中，ARNTL2与免疫检查点表达和治疗反应相关，这表明它可能与免疫检查点阻断有关。功能测定证实，ARNTL2的敲低在体外抑制了KRAS突变PDAC细胞的恶性表型，并在体内抑制了肿瘤生长。总之，这项工作确立了KEPS作为KRAS突变胰腺癌风险分层的新型分子工具，并表明ARNTL2可能是一个潜在的个性化治疗靶点。

引言

胰腺导管腺癌（PDAC）是最致命的恶性肿瘤之一，5年生存率仅有约11%[1]。它是美国癌症相关死亡的第三大原因，在全球范围内排名第七[2],[3]。超过90%的PDAC患者存在致癌性KRAS突变，这些突变是胰腺肿瘤发生的初始遗传事件，使得KRAS成为该疾病最重要的治疗靶点之一。在KRAS突变PDAC中，大约35%的患者携带KRAS^G12D突变，而KRAS^G12C突变约占1%[4]。选择性KRAS^G12C抑制剂的临床成功改变了KRAS驱动癌症的治疗格局，并促进了针对其他KRAS突变等位基因的抑制剂的发展，包括KRAS^G12D抑制剂。几种KRAS^G12D选择性抑制剂（如VS-7375和HS-10529）目前正在接受临床评估。然而，内在和获得性的耐药性仍然是限制KRAS靶向疗法长期效果的主要挑战[5],[6]。

尽管致癌性KRAS在PDAC中几乎普遍存在，但越来越多的证据表明，KRAS突变肿瘤在生物学上是异质性的。不同的KRAS突变亚型、共存的基因组改变和转录组特征导致肿瘤进展、治疗反应和临床结果的显著异质性[7],[8]。因此，仅凭KRAS突变状态不足以完全反映PDAC的生物学多样性和预后异质性，这突显了需要能够改善患者分层和个性化治疗的分子生物标志物的必要性。

最近，两项互补的研究系统地描述了KRAS突变癌症中的KRAS-ERK依赖性转录组和ERK调控的磷酸蛋白组，为理解KRAS-ERK信号如何支持肿瘤生长和治疗耐药性提供了全面的框架[9],[10]。这些研究表明，KRAS依赖性转录主要通过ERK-MAPK级联反应介导，并强调了细胞周期调控作为KRAS-ERK信号下游的主要生物学过程[9],[10]。与ERK信号的中心作用一致，遗传或药物抑制ERK通路中间体已被证明可以在具有获得性RAS或BRAF改变的临床前模型中增强KRAS^G12C抑制剂的抗增殖效果[11]。总的来说，这些观察结果表明，KRAS-ERK信号下游的转录程序可能为超出单纯KRAS突变状态的分子分层提供生物学上的有意义框架。

尽管取得了这些进展，但目前尚不清楚KRAS-ERK相关基因是否可以转化为临床有用的生物标志物，用于KRAS突变PDAC的分子分层和预后预测。最近的基因组学、转录组学和多组学研究进一步表明，分子谱分析可以揭示临床相关的异质性，有助于患者分层，并支持PDAC的个性化治疗策略的发展[8],[12]。然而，据我们所知，尚未有专门基于KRAS-ERK相关基因开发出针对KRAS突变PDAC患者的预后模型。

因此，在本研究中，我们系统地研究了KRAS-ERK相关基因在KRAS突变PDAC中的预后意义。基于这些基因，我们建立并验证了一个新的KRAS-ERK预后标志物（KEPS），该标志物能够进行分子分层和个性化预后预测。此外，在组成KEPS的五个基因中，我们确定了ARNTL2作为一个与KRAS-ERK信号相关的功能相关候选基因，并证明了其在KRAS突变胰腺癌中的促进肿瘤作用。

章节摘录

数据获取与处理

本研究收集了来自胰腺癌和肺癌相关队列的体细胞突变数据、RNA-seq数据及临床信息。TCGA-PAAD和TCGA-LUAD队列的数据通过UCSC Xena数据库获取[13]，而ICGC-PACA-AU和ICGC-PACA-CA队列的类似数据则来源于国际癌症基因组联盟（ICGC）数据库。从所有数据集中提取了具有KRAS突变的患者（TCGA-PAAD，N = 106；TCGA-LUAD，N = 140；

基于KRAS-ERK相关基因的KRAS突变胰腺癌分类

补充图1简要介绍了本研究的内容。共有586个KRAS-ERK相关基因，包括278个PDAC_KRAS_ERK_UP基因和308个PDAC_KRAS_ERK_DN基因，这些基因来自先前的研究（补充表4）[9]。首先，我们进行了Metascape聚类分析以研究这些基因的生物学功能。结果表明，这些基因主要调控关键的生物学功能，包括细胞周期、DNA

讨论

PDAC仍然是最具致命性的恶性肿瘤之一，对现有的治疗方法（包括化疗和免疫疗法）具有很强的耐药性。鉴于致癌性KRAS在PDAC中的核心作用，直接抑制突变KRAS已成为一种有前景的治疗策略[24]。选择性KRAS G12C抑制剂的临床成功激发了针对KRAS突变的治疗热情。一项涉及1,224名KRAS^G12C患者的18项临床试验的全面荟萃分析显示...

CRediT作者贡献声明

Chungui Xu：撰写——原始草稿、可视化、验证、方法学、研究、数据管理。Chaoqun Liu：撰写——审阅与编辑、监督、资源协调、项目管理、资金筹集、概念设计。RUI ZHOU：撰写——审阅与编辑、监督、资源协调、项目管理、资金筹集、概念设计。Weihao Lin：撰写——原始草稿、可视化、验证、资源协调、方法学、研究、资金筹集、格式化

伦理声明

已获得所有参与者或其法定代表人的书面知情同意，同意参与本研究并发表文章。参与者的隐私權已得到尊重。

本研究包括器官或组织捐赠者。使用的样本及其相关同意书均来自捐赠者或其近亲或法定代理人，用于本研究及文章发表。这些样本并非来自已执行的...

伦理声明

所有动物实验均获得了中国医学科学院北京癌症医院机构动物护理和使用委员会的批准（批准编号NCC2024A570）。实验遵循ARRIVE指南、英国《1986年动物（科学程序）法案》、欧盟指令2010/63/EU以及NIH《实验室动物护理和使用指南》（NIH出版物编号8023，1978年修订版）进行。皮下肿瘤实验...

临床试验编号

不适用

数据可用性声明

本研究分析的数据集均可在“材料与方法”部分描述的原始存储库中公开获取。用于构建预后标志物的计算工作流是使用公开可用的FigureYa框架实现的（FigureYa198SignatureCombinationV2；https://github.com/ying-ge/FigureYa/）。因此，本研究使用的所有数据和计算资源均为公开可获取。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（82403601）、广东省基础与应用基础研究基金（2024A1515012738）、中国博士后科学基金（2023M741569）以及南方医科大学（2025B017、2025B027）的研究基金的支持。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文报告工作的财务利益或个人关系。

致谢

无。

Weihao Lin|Chungui Xu|Chaoqun Liu|Rui Zhou

南方医科大学南方医院胸外科，中国广州510515