新型氧传感器ADO的泛癌图谱及其在肝细胞癌中的潜在作用

《Journal of Hepatocellular Carcinoma》：Pan-Cancer Landscape of the Novel Oxygen Sensor ADO and Its Potential Role in Hepatocellular Carcinoma

　　

背景：低氧是多种癌症中肿瘤进展的关键驱动因素，然而除HIFs之外的氧传感机制仍未被充分探索。2-氨基乙硫醇双加氧酶（ADO）最近被鉴定为一种氧传感器，但其在恶性肿瘤中的作用尚不明确。研究人员开展了一项以肝细胞癌（HCC）为重点的ADO泛癌分析，以评估其致癌意义和临床潜力。方法：利用TCGA和GTEx对ADO表达和生存进行了多组学泛癌分析，并在ICGC、GEO和CNHPP蛋白质组队列中于HCC中进行验证。评估了与遗传、表观遗传、免疫和通路的关联。预测了药物敏感性。通过增殖、集落形成、Western blotting和异种移植试验在HCC细胞中进行了功能验证。结果：ADO在多种癌症中异常表达，并显示出癌症类型特异性的生存关联。整合分析揭示了其与肿瘤突变负荷、微卫星不稳定性、染色质调节因子甲基化、RNA修饰、增殖信号（G2M检查点、MYC、TGF-β）、免疫抑制性微环境的相关性，并与ROS响应基因呈负相关。在HCC中，ADO持续高表达，且与晚期、低分化、残留病灶和不良生存相关。ADO高表达的HCC对检查点阻断的预测响应性降低，但对索拉非尼和氟尿嘧啶的敏感性增加。实验上，ADO过表达激活ERK信号，上调CD276和HMGB1，促进HCC细胞增殖，而ADO缺失抑制体外和体内肿瘤生长，且可通过重新表达逆转。结论：ADO在HCC中发挥致癌和免疫调节作用，并可能作为肝癌的潜在预后生物标志物和治疗靶点。

【研究背景与问题】低氧是实体瘤的普遍特征，通过稳定低氧诱导因子（HIFs）驱动代谢重编程、血管生成、免疫抑制和治疗抵抗等恶性进程。然而，除HIFs外，其他氧传感机制在肿瘤中的作用尚不清楚。2-氨基乙硫醇双加氧酶（ADO）是近期发现的氧传感器，通过N-端半胱氨酸羟化调控N-degron通路（一种N端规则蛋白质降解通路）介导的蛋白质降解，但在癌症中的表达和功能尚未阐明。肝细胞癌（HCC）是常见的原发性肝癌，因高复发率和治疗反应差，预后不佳，亟需新的分子标志物和治疗靶点。基于此，研究人员开展了以HCC为重点的ADO泛癌分析。

【研究内容与结论】该研究通过多组学数据整合和功能实验，系统描绘了ADO在多种癌症中的表达、预后价值、分子关联及其在HCC中的致癌作用。结果表明，ADO在多种癌症中异常表达且预后意义具有癌症类型特异性；在HCC中，ADO在转录组和蛋白质组水平均持续上调，与恶性临床病理特征和不良生存相关；功能上，ADO通过激活ERK信号和上调免疫检查点分子促进肿瘤增殖和免疫抑制。ADO可能成为HCC的预后生物标志物和潜在治疗靶点。

【关键技术方法】研究人员利用TCGA和GTEx数据库进行泛癌表达和生存分析，并在ICGC、GEO（含14个数据集）和CNHPP蛋白质组队列中验证HCC中的表达和预后；通过相关分析评估ADO与肿瘤突变负荷（TMB）、微卫星不稳定性（MSI）、染色质调节因子甲基化、RNA修饰基因、免疫微环境及标志性通路的关系；基于GDSC数据库预测药物敏感性；在HepG2和Hepa1-6细胞中通过过表达、敲低和回复实验结合异种移植模型验证功能。

【研究结果】以下按小标题总结：

1. ADO在癌症中的表达和预后提示：基于GTEx和TCGA数据，ADO在神经和睾丸中高表达，在多种肿瘤中相对于癌旁组织上调，而下调于肾透明细胞癌和子宫内膜癌。单因素生存分析显示，高ADO表达在ACC和LIHC中与较差的总生存期（OS）和无进展生存期（PFS）相关，而在GBMLGG、LGG和KIRC中与较好预后相关。

2. ADO与遗传、表观遗传修饰及癌症标志通路的相关性：泛癌相关分析显示，ADO表达与TMB和MSI在不同癌症类型中呈异质性关联；与染色质调节因子甲基化水平及RNA修饰基因（m1A、m5C、m6A）普遍正相关；ssGSEA分析表明，ADO与G2M检查点、MYC靶点和TGF-β通路正相关，而与活性氧（ROS）响应基因负相关，在LIHC中尤为突出。

3. ADO在肿瘤免疫微环境和免疫治疗反应中的潜在作用：ESTIMATE和ssGSEA分析显示，在LIHC和PAAD中，ADO表达与免疫评分和多种免疫细胞浸润（包括巨噬细胞、T辅助细胞等）正相关，并与免疫检查点分子CD276、ENTPD1和HMGB1正相关。生存分析表明，高ADO表达与接受抗PD-L1、抗PD-1和抗CTLA4治疗的患者更差的PFS相关；在LIHC中，高ADO组的TIDE评分升高，提示免疫检查点阻断获益可能降低。

4. ADO在HCC中的表达及其与临床病理特征的相关性：在ICGC、14个GEO数据集和CNHPP蛋白质组队列中，HCC肿瘤组织中的ADO表达均显著高于癌旁组织；免疫组化染色和蛋白质组学数据进一步证实。临床病理关联分析显示，ADO高表达与女性、较高的T分期、晚期病理分期、肿瘤残留和较差组织学分级相关。Kaplan-Meier分析显示，高ADO表达预示TCGA-LIHC、GSE14520和CNHPP队列中更差的OS。

5. HCC中ADO的功能分析：基于TCGA-LIHC的ADO高/低表达组差异表达分析显示，上调基因富集于PI3K-Akt、Wnt、ECM受体相互作用等通路，下调基因富集于视黄醇代谢、胆汁分泌、细胞色素P450药物代谢等通路。药物敏感性预测显示，高ADO表达者对氟尿嘧啶和索拉非尼的估计IC₅₀更低，即敏感性更高。

6. ADO在体外和体内促进HCC细胞增殖和肿瘤生长：在HepG2细胞中过表达ADO显著增强细胞增殖和集落形成，并在低氧应激下上调CD276和HMGB1，激活ERK信号而不影响AKT信号。在Hepa1-6细胞中敲低ADO抑制细胞增殖和皮下异种移植瘤生长，而重新表达ADO可恢复增殖和肿瘤生长，证实其促瘤作用。

【讨论总结】研究人员指出，以往低氧研究主要聚焦HIFs，ADO作为非HIF氧传感器通过N-degron通路补充了对低氧适应的认识。在HCC中，ADO的预后价值在多个独立队列中具有可重复性，提示其作为侵袭性肿瘤生物学标志物的稳健性。ADO还通过与TMB、MSI、RNA修饰和染色质调节因子的相关性参与基因组不稳定性和表观遗传重编程。其负性调控ROS响应基因可能与维持氧化还原平衡有关。免疫方面，ADO上调CD276、ENTPD1和HMGB1等免疫检查点分子，塑造免疫抑制微环境，并与免疫检查点阻断疗效不佳相关。本研究存在回顾性设计、细胞系和动物模型局限以及机制和靶向化合物尚未明确等局限性。

【结论】总之，这项研究将低氧相关的氧传感器ADO与癌症尤其是HCC中的致癌和免疫调节作用联系起来。通过作用于经典HIF通路之外，ADO扩展了目前对肝癌低氧适应的理解。研究结果表明，ADO可能作为初步生物标志物和临床前候选靶点，值得进一步研究，为改善低氧驱动恶性肿瘤的预后提供新机会。