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导语：越来越多的研究表明蛋白酶体活化复合物亚基 2 (PSME2) 与各种癌症进展之间存在关联。然而，PSME2 对骨肉瘤进展的影响尚不清楚。尚未进行针对 PSME2 免疫活性和预后相关性的泛癌分析。
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一段落：第一行空两格，字体选择15px，字间距选择1（1-2），行间距1.5(1.75-2)，两端缩进尺寸为1.0px(两侧边距5-20)今天小编给大家带来的这篇文章，作者利用 Cancer Genome Atlas 和 Genome-Tissue Expression 数据库来评估 33 种癌症类型中的 PSME2 表达和活性。文章发表在《Intemational Joumal of Biological Sciences》上，文章题目为：PSME2 offers value as a biomarker of M1 macrophage infiltration in pan-cancer and inhibits osteosarcoma malignant phenotypes。
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本研究所用数据来自Cancer Genome Atlas 和 Genome-Tissue Expression 数据库。TCGA 和 GTEx 数据库最初用于在 mRNA 水平上对 PSME2 的表达进行系统的泛癌症分析。这种方法揭示了 24 种癌症类型中的差异 PSME2 表达（图 2A）。与邻近正常组织相比，骨肉瘤组织的 PSME2 表达更高（图 2B）。图 S1B 显示了从 CCLE 数据获得的不同细胞系之间的相对 PSME2 表达水平。来自 UALCAN 数据库的数据显示，COAD、OV、透明细胞肾细胞癌、UCEC、LUAD、HNSC 和 GBM 中的蛋白质水平 PSME2 上调，而这种蛋白质的下调在 LIHC 中很明显（图 2C）。还评估了 33 种肿瘤类型中一系列临床阶段、亚型和 TNM 阶段的 PSME2 表达。
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ROC 曲线表明 PSME2 可作为某些癌症的诊断生物标志物。然后评估了 PSME2 作为 OSS、DSS、PFI 和 DFI 等预后结果预测因子在 TCGA 数据库中 33 种肿瘤类型的预后相关性。单变量 Cox 回归分析表明，PSME2 与 KIRC、LAML、LGG、PAAD 和 UVM 中的 OS 较差显著相关，而它是 BLCA、BRCA、MESO、OV、SKCM 和 THCA 中的保护因素（图 2D）。PSME2 也是与 KIRC、LGG 和 THYM 中 DSS 较差显著相关的风险因素，而它是 BRCA、OV、SKCM、STAD 中的保护因素（图 2E）。关于 DFI，PSME2 是 KIRP 和 PRAD 中的风险因素，而它是 BLCA 和 BRCA 中的保护因素（图 2F）。对于 PFI，PSME2 是 KIRC、KIRP、LGG、PRAD、THYM 和 UVM 的风险因素，而 BLCA、BRCA、CESC、SKCM 和 STAD 则具有保护作用（图 2G）。还使用 Kaplan-Meier 曲线评估这四种预后结果。总体而言，这些结果表明，较低水平的 PSME2 表达通常与 BLCA、BRCA、OV、SKCM 和 THCA 患者的预后结果较差有关。
基因组学策略为分析癌症提供了强有力的手段。为了评估特定癌症中 PSME2 的潜在基因组水平改变，对 PSME2 CNV 和 SNV 进行了泛癌症分析。PSME2 扩增主要在 BLCA、LUAD、ACC、SARC、UCS、LGG、LIHC、BRCA 和 THCA 中检测到，而深度缺失在 STAD 中很常见，SKCM、UCEC 和 KICH 中 SNV 率很高（图 3A、B）。当根据这些 CNV 的水平进行 TIDE 分析时，表现出高 PSME2 CNV 水平的转移性黑色素瘤、GBM 和 BRCA 患者的生存率更高，而乳头状 KIRC 则相反（图 3C）。考虑到肿瘤中此类突变的丰富性及其对预后和治疗结果的潜在影响，还评估了 PSME2 与 TMB、MSI、HRD、非整倍体和新抗原之间的相关性。在 COAD、STAD 和 UCS 中检测到 PSME2 与 TMB 呈正相关（图 3D），在 COAD 和 DLBC 中检测到 PSME2 与 MSI 呈正相关（图 3E）。在 UVM 和 ACC 中，PSME2 与 HRD 分别呈负相关和正相关（图 3F）。同样，在 KICH 中检测到 PSME2 与非整倍体呈正相关，而在 OV 和 COAD 中检测到负相关关系（图 3G）。肿瘤特异性新抗原是诱导抗肿瘤免疫反应的重要靶点，因此它们与一系列癌症的预后结果相关 。SNV 和插入/缺失 (indel) 突变用于识别能够诱导适应性抗肿瘤免疫反应的假定 MHC 结合新抗原。PSME2 与新抗原之间的唯一相关性是与 COAD 中的 indel 新抗原（图 3H-3I）。总体而言，这些数据表明 PSME2 与基因组不稳定性之间存在重要关联。
图 3
PSME2水平与DNA修复、甲基化和癌细胞干细胞样特征相关
DNA 损伤反应是一系列复杂的机制，通过检测和消除染色体内的异常序列和结构来维持基因组的稳定性和完整性。肿瘤细胞通过利用 MMR 和 HRR 机制发展出使它们能够逃避某些治疗策略的机制，赋予这些肿瘤细胞类似干细胞的自我维持能力。因此，接下来评估了 PSME2 表达水平与 MMR 相关基因、HRR 特征和干性之间的关联。在 BLCA、BRCA、KICH、KIRC、KIRP、LIHC、OV、PRAD、SARC、SKCM、TGCT、THYM 和 UCEC 等癌症中，PSME2 与一系列 MMR 基因的表达呈负相关，在 THCA 中的关系尤为明显（图 4A）。在 ACC、LGG、LUAD、PAAD 和 UVM 中，PSME2 与 HRR 特征之间也存在正相关性，而在 THYM 中则呈负相关性（图 4B）。
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此外，PSME2 与 CHOL 中的肿瘤干性呈正相关（图 4C）。因此，这些结果表明 PSME2 通过影响 DNA 损伤修复的能力，可以作为癌症进展的调节剂。表观遗传修饰在塑造癌症的发生和进展方面也发挥着重要作用，因此它们越来越受到研究人员的青睐。DNMT 负责催化 DNA 甲基化，可能调节肿瘤细胞的增殖、分化、存活和细胞周期进展特征。在 UCS、THYM、TGCT、SARC 和 OV 中，PSME2 表达与 DNMT 水平呈显着负相关，而在 UVM、LGG、KIRP、KIRC、KICH 和 ACC 中则相反（图 4D）。值得注意的是，本研究观察到 PSME2 mRNA 表达与甲基化之间存在负相关性，通过 Kaplan-Meier 曲线评估的生存结果显示，甲基化降低可预测 ACC 和 PRAD 患者的生存期缩短。还使用 TIDE 评估了 DLBC、STAD、OV、CESC、LUAD 和三阴性乳腺癌 (TNBC) 中 PSME2 启动子甲基化与 CTL 之间的关系。还检查了 PSME2 与 RNA 调节基因表达之间的相关关系（图 4E）。总之，这些分析表明 PSME2 在多种癌症类型的 DNA 甲基化和 mRNA 修饰中发挥作用。肿瘤细胞中可发生特定的基因剪接变化，从而支持疾病进展，这些 AS 事件的识别有可能支持患者的预后和诊断评估。使用 OncoSplicing，检测到 51 个临床相关的 PSME2 AS 事件，包括 TCGA SpIAdderSeq 数据库中的 PSME2_intron reservation_40286 和 TCGA SpliceSeq 数据库中的 PSME2_ AA_26864 事件。图 5A 提供了显示 PSME2_intron reservation_40286 事件 PSI 的泛癌症分析结果。相对于正常样本，CHOL、HNSC、KIRC、LIHC、LUAD 和 STAD 的 PSI 较高，而 BRCA、KICH、THYM 和 UCEC 则相反。图 5B 总结了肿瘤与正常/邻近组织之间 PSI 差异的统计结果及其与预后的关系。这些结果表明，PSME2 AS 事件可能对许多癌症的进展具有重要意义。
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为了深入了解 PSME2 在肿瘤细胞中的功能，本研究进行了功能富集分析。使用 STRING 工具，鉴定出 10 种经实验验证与 PSME2 相互作用的蛋白质。然后使用 GEPIA2 数据识别与 PSME2 共同表达的前 100 个基因，对这些基因进行 GO 富集分析，发现 PSME2 与各种免疫相关活动密切相关。HALLMARK GSEA 结果进一步证实了 PSME2 与免疫活性和细胞周期进展之间的密切联系（图 5C）。随后观察到，在染色质修饰、HIPPO 和 RTK 通路以及 SWI/SNF 复合物状态发生体细胞改变的 UCEC 患者中，PSME2 表达增加，而在染色质修饰、HIPPO 通路或 SWI/SNF 复合物状态发生体细胞改变的 HNSC 患者中，PSME2 表达降低（图 5D）。结果表明 PSME2 可能参与多种癌症中的多种致癌通路。
PSME2与肿瘤中的免疫细胞浸润和细胞因子活性有关
接下来实施 ESTIMATE 算法来评估 33 种肿瘤类型的 PSME2 与免疫学特征之间的关联。大多数癌症类型的 ESTIMATE 与免疫评分值呈正相关，但 ACC 则相反（图 6A）。使用 TISIDB 进一步评估了各种免疫癌症亚型中 PSME2 的差异表达，揭示了 23 种癌症类型的 PSME2 水平与免疫亚型之间存在显着关系（图 6B）。具体而言，PSME2 上调在 C2 亚型的 BRCA、LUAD、HNSC、LUSC 和 STAD 肿瘤中很明显，表明该基因与 IFN-γ 信号传导活性之间存在功能关系。
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为了更好地理解 PSME2 表达与癌症相关免疫活动之间的关联，评估了 PSME2 表达与各种免疫细胞类型浸润之间的相关性。TIMER2.0 分析显示，M1 巨噬细胞浸润与 PSME2 表达水平在癌症中呈正相关（图 6C），而与 PSME2 启动子甲基化的相关性较低。来自 Spatial DB 的空间转录组数据进一步证实，PSME2 表达模式与 BRCA 和黑色素瘤中的巨噬细胞标志物 CD68 和 M1 巨噬细胞标志物 TLR2 的表达模式存在很大重叠（图 6D），这意味着这些基因可能共定位。来自 TISCH 的单细胞转录数据进一步证实了 PSME2 在大多数分析的癌症类型中的 M1 巨噬细胞和恶性肿瘤细胞中的表达（图 6E）。为了通过实验验证这些结果，在一系列石蜡包埋的癌症切片中对这些不同的标记蛋白进行了荧光染色。在 COAD、GBM、LIHC、PAAD、骨肉瘤和黑色素瘤中明显存在 PSME2 和 TLR2 共表达（图 7A-7B）。上述大量空间单细胞转录数据和荧光染色结果突出了 PSME2 表达与 M1 巨噬细胞之间的密切关系，表明 PSME2 可能是 M1 巨噬细胞浸润的泛癌生物标志物。接下来，使用 U2OS 和 HOS 细胞系评估 PSME2 影响骨肉瘤细胞恶性特征的能力，以扩展上述发现。使用 qPCR 和蛋白质印迹法确认这些细胞中 PSME2 过表达成功（图 7C）。这种过表达显着抑制了这两种细胞系的增殖活性（图 7D-G、K），同时也抑制了它们在伤口愈合和 Transwell 测定中参与迁移和侵袭行为的能力（图 7H-J）。在体内，PSME2 过表达还抑制了皮下异种移植肿瘤相对于对照肿瘤的生长（图 7L-O）。总之，这些结果支持 PSME2 显着抑制骨肉瘤肿瘤增殖、迁移和侵袭活动的能力。
图 7
识别激活 PSME2 的药物至关重要。使用 cMap 工具筛选候选化合物，根据 9 种细胞系中转录表达的一致变化，揭示了 30 种潜在的 PSME2 激活化合物（图 8A）。在这些化合物中，有 6 种是拓扑异构酶抑制剂，表明 PSME2 与肿瘤细胞内的特定机制之间存在密切联系（图 8B）。使用 COMPARE 工具评估了这些化合物在治疗一系列癌细胞系时的 GI50 值，由于缺乏测试数据，排除了 NM-PPI。对于伊立替康，平均 −log10(GI50) 为 −7.01，BC 细胞中 PSME2 表达水平高与较低的 GI50 相关（图 8C）。为了评估 PSME2 蛋白与伊立替康结合的可能性，进行了分子对接研究。根据获得的 FASTA 序列，用 alphaFold2.0 构建了五种 PSME2 模型，其中排名靠前的模型的总体质量因子为 91.85（图 8D）。然后使用 Discovery Studio v19.1.0 进行分子对接分析，结果显示伊立替康与 PSME2 成功对接，最大 LibDockScore 为 125.562（图 8E）。这表明伊立替康是激活 PSME2 的候选药物。 
图 8
随后，使用 ROCplotter 评估了 PSME2 表达水平与癌症化疗反应之间的关联。这表明，PSME2 在对化疗药物（包括紫杉醇和紫杉烷）有反应的 OV 患者中高度表达，5 年 RFS 的曲线下面积分别为 0.7 和 0.61（图 9A）。由于 PSME2 表达水平较低的 OV 患者对常规化疗反应不佳，因此研究了激活 PSME2 的药物伊立替康可能增加肿瘤化学敏感性的可能性。紫杉醇是一种成功的化疗药物，常用于治疗多种癌症。然而，尽管该药物显示出较高的初始疗效，但重复使用必然会导致耐药性。然后，本研究以紫杉醇为例，研究了伊立替康与化疗药物联合对骨肉瘤细胞的影响。结果发现，伊立替康和紫杉醇均显著且剂量依赖性地抑制了骨肉瘤细胞的生长（图 9B-9C）。还发现紫杉醇和伊立替康的亚细胞毒性组合导致细胞死亡，表明药物之间存在协同相互作用（图 9D-9E）。有趣的是，伊立替康通过在 mRNA 和蛋白质水平上激活 PSME2 表达证实了这一假设（图 9F）。这些发现为使用伊立替康作为 PSME2 激活剂并与化疗药物联合使用以改善癌症治疗提供了支持。
图 9
在多种癌症类型中都发现了显著的 PSME2 失调，并且发现该基因在大多数分析的癌症中具有重要的诊断和预后效用。从机制角度来看，PSME2 表达水平与多种癌症类型的 DNA 甲基化、DNA 修复、基因组不稳定性以及 TME 评分相关。随后，根据大量、单细胞和空间转录组数据以及确认性荧光染色结果的组合，PSME2 被确立为 M1 巨噬细胞浸润的泛癌生物标志物。在骨肉瘤细胞中，过表达 PSME2 可显著抑制肿瘤的增殖、迁移和侵袭活动。筛选工作还成功鉴定出激活 PSME2 的药物伊立替康，该药物与化疗药物紫杉醇联合使用可协同促进骨肉瘤细胞死亡。作为 M1 巨噬细胞浸润的生物标志物，PSME2 表达水平可能为包括骨肉瘤在内的多种癌症的肿瘤发展和进展提供见解，强调其作为预后和治疗靶点的潜在效用，值得进一步研究。码字不易，欢迎读者分享或转发到朋友圈，任何公众号或其他媒体未经许可不得私自转载或抄袭。由于微信平台算法改版，公众号内容将不再以时间排序展示，建议设置“作图丫”公众号为星标，防止丢失。星标具体步骤为：（2）点击右上角的小点点，在弹出界面选择“设为星标”即可。