癌癥的代謝改變監測在診斷、預后和治療中至關重要。18F-氟脫氧葡萄糖（FDG）-正電子發射斷層掃描（FDG-PET）利用腫瘤對葡萄糖的增強攝取進行成像，廣泛應用于腫瘤的診斷、分期、治療后的再分期和隨訪。乳腺癌（BC）是全世界診斷頻率最高的癌癥，但乳腺癌的診斷和治療仍存在一些挑戰，需要更精準的方法來指導臨床決策。
為此，發表在Advanced Science雜志，題為“A PET-Surrogate Signature for the Interrogation of the Metabolic Status of Breast Cancers”的研究，通過分析FDG-PET分層患者的乳腺癌樣本，研究者識別出54個基因標記（稱為PETsign），該標記能有效預測乳腺癌的臨床預后，且在不同亞型和疾病階段中表現穩定。這表明PETsign是一種新型的代謝特征，可以作為FDG-PET的分子替代工具，為乳腺癌患者的臨床管理提供了重要信息。
技術路線圖
1. 反映BCs細胞SUVmax狀態的分子特征的鑒定
分析了120名在治療前接受FDG-PET的乳腺癌患者，其中57名屬于SUV-高（SUVmax>10），63名屬于SUV-低（SUVmax<5）。通過RNA測序，發現兩組之間有135個差異表達的轉錄本，其中73個上調，62個下調。28個為非編碼RNA，其余107個為編碼RNA。雖然少數編碼基因與“代謝功能”相關，但許多與信號傳導、粘附、膜轉運及免疫途徑相關。
2. PETsign的構建及其對BC患者預后的評價
在METABRIC數據庫中，分析了135個SUV-H與SUV-L之間差異表達的轉錄本，54個基因與不良預后相關，構成了“PET標記”（PETsign）。使用PETsign對METABRIC隊列分層，成功區分了SUV-H和SUV-L樣分子表型，其中SUV-H樣表現出更高的侵襲性風險。因此，PETsign成為一個強有力的獨立預后指標。
圖1. 54個基因PETsign的推導
3. PETsign的獨立性驗證
為了驗證PETsign作為預后特征的穩健性，在兩個獨立的乳腺癌隊列中進行了分析：癌癥基因組圖譜（TCGA）和970-IEO亞隊列。TCGA數據集中，PETsign在5年隨訪內被確認為獨立預后因子。隨后，在1997至2000年間IEO醫院對約2300名BC患者的隊列進行獨立驗證，從中選擇970例符合臨床病理特征的病例。通過RNA測序，PETsign成功區分了SUV-H與SUV-L樣分子表型，且在單變量和多變量分析中均與不良預后相關。這些結果表明，PETsign是一項可靠的獨立預后指標，在多個隊列和技術平臺中得到驗證。
圖2. 在獨立BC隊列中驗證PETsign的預后價值
4. PETsign是侵襲性疾病進程的初始特征
為了理解PETsign在Luminal BC中的預后特異性，研究了SUV-H樣表型與不同乳腺癌分子亞型的關系。在侵襲性HER2和TNBC亞型中，幾乎所有病例均表現出SUV-H樣表型。此外，Luminal B亞型相比于侵襲性較低的Luminal A亞型也顯示出更高比例的SUV-H樣表型。揭示了SUV-H樣表型可能是侵襲性BC的固有特征，因此，PETsign被認為是乳腺癌代謝狀態的初始標記。
5. PETsign基因在BC中經常共擴增
檢測了SUV-H樣和SUV-L樣乳腺癌中PETsign基因的遺傳改變。通過對TGCA數據庫中基因拷貝數的檢查發現，11個PETsign基因存在明顯共擴增模式，隨后又鑒定出7個顯示共擴增模式的基因，且在METABRIC數據庫中得到證實。接著，進一步探究SUV樣分子表型與這18個基因的擴增是否存在相關性。結果發現，與SUV-L樣BC相比，SUV-H樣BC中這18個基因中有一個或多個基因擴增的比例更高。
圖3. BC中PETsign與135個特征基因的共擴增
6. PETsign通過代謝狀態對BC進行分層
通過STRING數據庫分析54種PETsign相關蛋白，發現22種蛋白圍繞CXCL8和EGFR構建網絡，表明PETsign與乳腺癌預后價值相關。進一步分析135個差異調節基因和BC細胞系的代謝組數據，發現SUV-H樣細胞系依賴有氧糖酵解，而SUV-L樣細胞系傾向于脂肪酸氧化。這些結果表明PETsign與細胞代謝狀態密切相關。
圖4. PETsign基因預測BC細胞系的代謝特征
7. PETsign基因在代謝向有氧糖酵解轉變中起因果作用
通過分析8個細胞系的代謝狀況，利用細胞外酸化率（ECAR）評估糖酵解活性，發現MDA-MB-468、MDA-MB-453、T47D和BT-474細胞的ECAR較低，糖酵解活性也相對較低。進一步測定EGFR表達和激活水平，MCF-TR7、T47D和MDA-MB-453細胞顯示總EGFR和激活水平較低，適合用于EGF刺激實驗。選擇MDA-MB-453和T47D細胞分析CXCL8和EGFR信號對糖酵解的影響，EGF刺激顯著提高了2-脫氧葡萄糖的攝取，而CXCL8僅在MDA-MB-453細胞中有效。聯合用藥未見加性效應，表明EGF和CXCL8信號可能通過相同下游通路發揮作用。
圖5. EGF和CXCL8刺激誘導MDA-MB-453和T47D的代謝改變
8. 結合PETsign與干細胞信號增強其預后能力
選擇了實驗室開發的20個基因標記StemPrintER（SP）來研究BC干性（BC干性是指乳腺癌細胞具有類似于干細胞的特性），發現高SP狀態的BC通常預后不佳。盡管PETsign與SP僅有一個基因（CENPW）重疊，這可能反映了它們捕獲的不同生物特征（代謝與干性），但也可能表明這些基因在不同分子途徑中發揮作用。隨后進一步驗證了SP和PETsign一樣，在METABRIC和970-IEO隊列中都是疾病的獨立預后因子。Kaplan-Meier分析顯示，雙低狀態（SUV-L/SP-L）預后良好，單高狀態（SUV-H或SP-H）中等，雙高狀態（SUV-H/SP-H）預后最差。在雙變量分析中，兩者均為獨立預后因素，結合使用時表現出更強的預測能力，這支持了它們捕獲不同生物特征的觀點。
圖6. PETsign和StemPrintER是獨立的預后預測指標
小結
這項研究發現了一組PETsign可作為乳腺癌代謝狀態的替代標記，為乳腺癌患者的精準治療提供了新的參考指標。依靠PETsign的預測能力，醫生可以更好地制定個性化的治療方案，提高患者的生存率和生活質量。這一發現有望為乳腺癌診療帶來新的進展，并為未來的臨床實踐提供重要的參考依據。
參考文獻
Confalonieri S, Matoskova B, Pennisi R, et al. A PET-Surrogate Signature for the Interrogation of the Metabolic Status of Breast Cancers. Advanced Science. 2024
請掃描二維碼閱讀原文
繪譜幫你測
麥特繪譜開創性地搭建了醫學領域高端代謝組學技術平臺，覆蓋了非靶向-全定量-代謝流等全方位的高端醫學代謝組解決方案，同時全面布局微生物組學、轉錄組學和蛋白質組學等多組學技術服務，已成為全球多組學研究者的優選合作伙伴。麥特繪譜擁有Q1000，Q500，Q300，Q200和膽汁酸、短鏈脂肪酸、色氨酸及咧咪衍生物、多胺和TMAO類等各類小分子代謝物、非靶向代謝組學和同位素示蹤代謝流技術等共40+系列檢測方法；已為數百家三甲醫院、科研院所和企業提供多組學解決方案，協助客戶與合作伙伴發表SCI文章400+篇，累計影響因子4000+，平均IF>10，包括Cell, Nature, Science, Cell Metabolism, Immunity, Gut, Hepatology, Microbiome等權威期刊。