《Frontiers in Immunology》：Novel prognostic signature unveils PSEN1 contributes to depression-induced lung adenocarcinoma progression
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本研究发现抑郁症相关基因特征（DRS）可作为肺腺癌（LUAD）的独立预后指标，通过机器学习构建的14基因特征能有效预测患者生存期并指导个体化治疗。研究首次证实PSEN1通过激活ERBB1-PI3K-AKT信号通路促进抑郁症相关LUAD恶性进展，为抑郁状态肿瘤患者的精准治疗提供新靶点。
引言
作为全球诊断率最高的恶性肿瘤，肺癌同时也是癌症相关死亡的主要原因。2022年约有250万新确诊病例，约180万患者死于该疾病。作为肺癌的主要组织学亚型，肺腺癌（LUAD）的发病率已超过肺鳞癌并持续上升。LUAD的预后与多种风险因素相关，尤其是抑郁症。一方面，抑郁症诊断与较高的患癌风险相关；另一方面，癌症诊断常伴随抑郁和焦虑障碍，特别是死亡焦虑。抑郁症显著缩短LUAD患者的生存时间，一项针对227名患者的前瞻性观察研究表明，包括抑郁在内的情绪困扰是晚期肺癌总生存期和无进展生存期的独立预测因子。抑郁症的共存还会降低抗肿瘤治疗的效果，包括化疗、放疗和免疫治疗。此外，抑郁症导致肺癌患者生活质量下降，表现为整体健康评分及身体、角色、情感、认知和社会功能等多个功能领域评分降低。因此，阐明抑郁症对LUAD产生不利影响的机制具有重要意义。
材料与方法
本研究涵盖来自三个队列的1，276名LUAD患者。采用共识聚类将患者分为不同的抑郁亚型，随后利用多种机器学习算法构建稳健的抑郁症相关特征（DRS）。结合DRS与常见临床特征建立列线图用于预后预测。使用IOBR包量化免疫景观，而oncoPredict和Connectivity Map算法用于评估治疗反应。应用Seurat包处理单细胞数据，Scissor算法用于识别抑郁相关细胞。最终构建抑郁样小鼠模型检测抑郁相关基因的变化，并通过体外实验探索PSEN1在LUAD恶性行为中的作用。
结果
鉴定LUAD中17个核心预后抑郁相关基因
从GeneCards数据库、MSigDB数据库和包含135，458例病例和344，901例对照的大规模队列研究中获得692个抑郁相关基因。基因本体（GO）富集分析显示这些基因参与"化学突触传递调控"、"跨突触信号调节"、"认知"和"多巴胺代谢过程"等生物过程；细胞组分包括"神经元胞体"、"突触膜"和"远端轴突"；分子功能如"神经递质受体活性"和"突触后神经递质受体活性"等。KEGG分析证实这些基因富集于"神经活性配体-受体相互作用"、"多巴胺能突触"和"激素信号"等与抑郁症发生密切相关的通路。基于三个队列（TCGA-LUAD、GSE31210和GSE72094）的交集和单变量Cox回归分析，鉴定出17个重叠的抑郁相关基因（DRGs）。这些基因在TCGA-LUAD中表现出不同程度的单核苷酸变异（SNVs），特别是错义突变，总突变频率为18.91%。同时观察到不同程度的拷贝数变异（CNVs），这可能部分解释其预后意义。
共识聚类将患者分为两个抑郁相关亚型
基于上述DRGs对LUAD患者进行无监督共识聚类，确定最佳聚类数（k=2），将LUAD患者分为两个不同的簇。簇2患者的总体生存率明显差于簇1。差异表达基因的KEGG分析显示"神经活性配体-受体相互作用"显著富集。GSEA显示多个通路显著正富集，包括"HALLMARK_E2F_TARGETS"、"HALLMARK_EPITHELIAL_MESENCHYMAL_TRANSITION"、"HALLMARK_G2M_CHECKPOINT"、"HALLMARK_GLYCOLYSIS"、"HALLMARK_MTORC1_SIGNALING"和"HALLMARK_MYC_TARGET"，这些通路可能有助于抑郁症的促增殖作用。
构建LUAD患者抑郁相关特征
基于17个核心DRGs，采用117种机器学习算法构建抑郁相关特征（DRS）。TCGA-LUAD作为训练集，GSE31210和GSE72094作为验证集。选择"LASSO + GBM"算法，该算法在所有三个数据集中表现中等，平均C指数为0.713。构建的DRS由14个DRGs组成，包括SLC2A1、FEN1、PXK、RTN1、PSEN1、GRIA1、KCNN4、RANGAP1、CIB2、MIF、ZDHHC5、NR3C2、TOR1A和CDKN1A。基于中位风险评分将LUAD患者分为两组，高风险组患者预后较差。主成分分析（PCA）显示低风险组和高风险组之间存在显著差异。时间依赖性ROC曲线表明DRS在预后预测中表现稳定，具有高AUC值。
评估DRS预后预测的稳健性
热图显示三个数据集中14个DRGs的转录谱。在TCGA-LUAD数据集中，具有较差临床特征的患者表现出较高的风险评分，包括晚期临床分期、肿瘤侵袭性、淋巴转移和远处转移。分层生存分析进一步证明，在TCGA-LUAD数据集的各个亚组中，高风险组LUAD患者的总生存期较差。这些发现进一步强调DRS作为一个稳健的预后指标。
构建和评估基于DRS的列线图
单变量和多变量Cox回归表明DRS是LUAD的独立预后预测因子。基于此，构建了一个整合年龄、性别、临床分期和DRS的列线图，用于预测LUAD的总生存期。该列线图的C指数为0.778，校准曲线证实了1年、3年和5年生存概率估计的准确性。时间依赖性ROC曲线显示，在TCGA-LUAD数据集中，1年、2年、3年、4年和5年生存预测的AUC分别为0.812、0.815、0.821、0.830和0.804。
按DRS分层的免疫景观
使用ESTIMATE算法评估肿瘤微环境，结果显示高风险组患者的免疫评分、基质评分和ESTIMATE评分较低。免疫亚型分析显示，高风险组患者更可能被分类为C1和C2亚型，而较少被分类为C3、C4或C6。六种算法检测免疫细胞浸润表明，风险评分与大多数免疫细胞呈负相关。风险评分与多个免疫检查点和免疫通路呈负相关。高风险组患者TIDE评分较高，免疫治疗反应较差。免疫表型评分（IPS）分析显示，高风险组患者对抗CTLA-4和抗PD-1治疗的反应较差。
按DRS分类对化疗和靶向治疗的敏感性
使用oncoPredict算法评估高风险组和低风险组对化疗和特定靶向治疗的反应。结果显示，高风险组患者对传统化疗药物（如奥沙利铂、吉西他滨、表柔比星和喜树碱）的半数抑制浓度（IC50）较高。对针对增殖相关"CDH家族"和迁移相关"mTOR信号"的靶向治疗，高风险组患者敏感性较低。CMap分析表明，HDAC抑制剂"Vorinostat"、"ISOX"和"THM-I-94"以及LRRK2抑制剂"XMD-1150"可能是高风险组患者的优化治疗选择。
单细胞RNA测序处理和Scissor算法
使用Seurat包处理GSE127465的单细胞RNA测序数据，鉴定出12个不同的细胞群体。恶性细胞在所有细胞类型中风险评分最高。高风险组中恶性细胞比例较高。使用Scissor算法将抑郁表型与细胞水平关联，鉴定出5，963个Scissor+（高风险）细胞和7，099个Scissor-（低风险）细胞。Scissor+细胞的风险评分显著高于Scissor-细胞。
用抑郁样小鼠模型验证DRS
采用慢性束缚应激（CR）模型构建抑郁样LUAD小鼠模型。重复束缚应激导致小鼠强迫游泳测试中不动时间延长，开放场测试中中央区域活动和探索减少，明暗箱测试中对明室探索减少。血清ACTH和COR水平升高进一步证实小鼠处于应激状态。CR暴露导致皮下肿瘤增殖增加。验证了14个DRGs在肿瘤组织中的表达，其中SLC2A1、FEN1和PSEN1在CR小鼠中表达升高最为显著。免疫荧光分析显示CR小鼠肿瘤组织中PSEN1蛋白表达增加。
PSEN1促进抑郁症诱导的LUAD细胞增殖
用COR处理A549细胞后，PSEN1表达水平增加，细胞凋亡减少，细胞增殖加速。在A549和H1299细胞中过表达PSEN1，验证了过表达效果。体外实验表明，PSEN1过表达增强了A549和H1299细胞的增殖。蛋白定量表明，与正常组织相比，PSEN1在LUAD组织中显著上调。PSEN1高表达与LUAD患者不良总生存期相关。富集分析表明PSEN1与ErbB信号相关。Western blotting证实PSEN1过表达促进了ERBB1磷酸化和PI3K-AKT信号通路激活，这一效应可被PI3K抑制剂LY294002抑制。体外实验表明，PSEN1过表达的促增殖作用可被LY294002减弱。体内实验进一步证实了PSEN1的促瘤作用，并证明PI3K抑制剂Alpelisib可逆转这一效应。
讨论
肺腺癌（LUAD）因其高发病率和死亡率仍然是全球重大公共卫生问题。LUAD的进展和预后受多种因素影响，如肿瘤生物学、临床分期和宿主因素。其中，新兴研究表明抑郁症与LUAD的发生和预后密切相关。抑郁症是一种常见但严重的心境障碍，以持续悲伤、兴趣丧失和日常功能受损为特征。全球有超过2.8亿人受其影响，使其成为世界范围内致残的主要原因。因此，进一步研究抑郁症如何影响LUAD至关重要，这可能有助于为伴有抑郁症的LUAD患者确定合适的治疗方法或靶向治疗。
本研究首次构建了抑郁症相关基因特征（DRS），可作为LUAD的独立预后指标。通过机器学习算法构建的14基因特征能有效预测患者生存期，并与临床病理特征相关。研究发现PSEN1通过激活ERBB1-PI3K-AKT信号通路促进抑郁症相关LUAD恶性进展。肿瘤微环境分析表明，高风险组患者表现出较弱的"免疫热"特征，对免疫治疗、化疗和靶向治疗的反应较差。单细胞水平分析进一步验证了DRS在细胞层面的风险指示作用。
总之，DRS可作为LUAD患者的独立预后指标，PSEN1可能介导抑郁症诱导的LUAD进展。基于DRS的分子特征研究有望增强LUAD患者的个体化治疗和临床决策。
