《Frontiers in Immunology》：Comprehensive analysis of mitophagy-related genes reveals prognostic signatures in breast cancer: based on immune landscapes and treatment target predict
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本综述通过整合GEO与TCGA数据库的乳腺癌（BC）转录组数据，结合生物信息学分析与体外实验验证，系统阐明了9个线粒体自噬（mitophagy）相关基因（包括PBK、NEK2等）作为乳腺癌预后生物标志物的临床价值。研究揭示了高风险亚组与低风险亚组在免疫浸润（如CD8+T细胞、Tregs）、信号通路（如细胞周期、ECM受体相互作用）及肿瘤微环境（ESTIMATE评分）的显著差异，并通过siRNA干扰、Western blot、CCK-8等实验证实PBK和NEK2对乳腺癌细胞增殖的促进作用，为乳腺癌早期诊断及靶向治疗提供了新视角。
引言
乳腺癌（Breast Cancer, BC）是全球女性最常见的恶性肿瘤之一，其高发病率与死亡率亟需新型生物标志物以改善早期诊断与治疗策略。线粒体自噬（mitophagy）作为选择性自噬形式，通过清除受损线粒体维持细胞稳态，在肿瘤发生发展中呈现双重作用：早期抑制肿瘤进展，晚期可能促进肿瘤生长。近年研究表明，线粒体自噬可调控肿瘤免疫微环境，影响免疫细胞浸润与激活，但其在乳腺癌中的系统作用尚未明确。本研究旨在通过多组学数据整合与实验验证，揭示线粒体自噬相关基因在乳腺癌预后评估与免疫调控中的机制。
材料与方法
研究从GEO数据库获取GSE5364、GSE29044和GSE42568数据集，结合TCGA-BRCA项目的临床数据，筛选差异表达基因（DEGs）。通过GeneCards数据库以“mitophagy”为关键词提取线粒体自噬相关基因（相关性评分>1），与乳腺癌差异基因取交集后获得70个候选基因。利用STRING数据库构建蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络，并通过Cytoscape的MCODE插件识别核心模块（如MCODE1）。预后分析采用Kaplan-Meier（K-M）生存曲线与ROC曲线评估基因的诊断效能。基于线粒体自噬基因表达谱，利用一致性聚类将乳腺癌患者分为高风险与低风险亚组，并通过GSEA、CIBERSORT、MCPCounter等工具分析通路富集与免疫细胞浸润差异。实验验证部分采用人乳腺癌细胞系MDA-MB-231和MCF-7，通过siRNA干扰、Western blot、CCK-8增殖实验、共聚焦显微镜等技术验证关键基因PBK和NEK2的功能，并利用CellMiner数据库进行药物敏感性预测。
结果
- 1.
差异基因鉴定与功能富集：在三组GEO数据集中共筛选出177个共同差异表达基因，与线粒体自噬基因交集后获得70个基因。功能富集分析显示这些基因主要参与细胞周期调控、酶联受体信号通路及细胞运动等生物学过程。
- 2.
PPI网络与核心基因筛选：PPI网络包含70个节点与376条边，MCODE1模块（含CDC20、TPX2、PBK等12个基因）被确定为关键相互作用网络。拓扑分析进一步验证了PBK、NEK2等基因的核心地位。
- 3.
预后标志物鉴定：K-M生存分析与ROC曲线验证了9个线粒体自噬相关基因（CDC20、TPX2、PBK、TOP2A、NEK2、FOXM1、CDK1、CCNB2、CEP55）在乳腺癌中的预后价值，其mRNA与蛋白表达在癌组织中显著上调。
- 4.
风险亚组与免疫特征：一致性聚类将患者分为高风险（C1）与低风险（C2）亚组，低风险组总生存期更长。免疫浸润分析显示，低风险组具有更高的基质评分、免疫评分及ESTIMATE评分，且B细胞、中性粒细胞等免疫细胞浸润水平更高。GSEA提示高风险组富集于染色体分离与细胞周期通路，低风险组则富集于血管发育与细胞外基质相互作用通路。
- 5.
实验验证：siRNA敲低PBK或NEK2后，乳腺癌细胞增殖能力显著抑制，Western blot与CCK-8实验证实其蛋白表达下降与增殖减少相关。共聚焦显微镜显示干扰后细胞核密度与Ki67表达降低。药物敏感性分析表明PBK表达与GW-5074（正相关）、Lificguat（负相关）等化合物敏感度相关，NEK2与Lexibulin（负相关）等药物存在关联。
- 6.
临床病理关联：高风险组患者T分期、M分期及临床分期更晚，PBK与NEK2表达独立于风险分层，多因素回归确认其为高风险状态的显著预测因子。
讨论
本研究系统解析了线粒体自噬相关基因在乳腺癌中的预后意义，发现9个基因标志物与患者不良预后相关。其中PBK与NEK2通过促进细胞增殖直接驱动肿瘤进展，且其表达与免疫微环境重塑密切相关。低风险亚组中较高的免疫细胞浸润提示线粒体自噬可能通过调控免疫应答影响预后。尽管研究缺乏大规模临床验证，但整合生物信息学与实验数据为乳腺癌的个体化治疗提供了潜在靶点，如靶向PBK/NEK2通路或联合免疫调节策略。未来需进一步探索线粒体自噬在肿瘤-免疫互作中的具体机制，以推动其临床转化应用。
