癌症的代谢改变监测在诊断、预后和治疗中至关重要。18F-氟脱氧葡萄糖（FDG）-正电子发射断层扫描（FDG-PET）利用肿瘤对葡萄糖的增强摄取进行成像，广泛应用于肿瘤的诊断、分期、治疗后的再分期和随访。乳腺癌（BC）是全世界诊断频率最高的癌症，但乳腺癌的诊断和治疗仍存在一些挑战，需要更精准的方法来指导临床决策。
为此，发表在Advanced Science杂志，题为“A PET-Surrogate Signature for the Interrogation of the Metabolic Status of Breast Cancers”的研究，通过分析FDG-PET分层患者的乳腺癌样本，研究者识别出54个基因标记（称为PETsign），该标记能有效预测乳腺癌的临床预后，且在不同亚型和疾病阶段中表现稳定。这表明PETsign是一种新型的代谢特征，可以作为FDG-PET的分子替代工具，为乳腺癌患者的临床管理提供了重要信息。
技术路线图
1. 反映BCs细胞SUVmax状态的分子特征的鉴定
分析了120名在治疗前接受FDG-PET的乳腺癌患者，其中57名属于SUV-高（SUVmax>10），63名属于SUV-低（SUVmax<5）。通过RNA测序，发现两组之间有135个差异表达的转录本，其中73个上调，62个下调。28个为非编码RNA，其余107个为编码RNA。虽然少数编码基因与“代谢功能”相关，但许多与信号传导、粘附、膜转运及免疫途径相关。
2. PETsign的构建及其对BC患者预后的评价
在METABRIC数据库中，分析了135个SUV-H与SUV-L之间差异表达的转录本，54个基因与不良预后相关，构成了“PET标记”（PETsign）。使用PETsign对METABRIC队列分层，成功区分了SUV-H和SUV-L样分子表型，其中SUV-H样表现出更高的侵袭性风险。因此，PETsign成为一个强有力的独立预后指标。
图1. 54个基因PETsign的推导
3. PETsign的独立性验证
为了验证PETsign作为预后特征的稳健性，在两个独立的乳腺癌队列中进行了分析：癌症基因组图谱（TCGA）和970-IEO亚队列。TCGA数据集中，PETsign在5年随访内被确认为独立预后因子。随后，在1997至2000年间IEO医院对约2300名BC患者的队列进行独立验证，从中选择970例符合临床病理特征的病例。通过RNA测序，PETsign成功区分了SUV-H与SUV-L样分子表型，且在单变量和多变量分析中均与不良预后相关。这些结果表明，PETsign是一项可靠的独立预后指标，在多个队列和技术平台中得到验证。
图2. 在独立BC队列中验证PETsign的预后价值
4. PETsign是侵袭性疾病进程的初始特征
为了理解PETsign在Luminal BC中的预后特异性，研究了SUV-H样表型与不同乳腺癌分子亚型的关系。在侵袭性HER2和TNBC亚型中，几乎所有病例均表现出SUV-H样表型。此外，Luminal B亚型相比于侵袭性较低的Luminal A亚型也显示出更高比例的SUV-H样表型。揭示了SUV-H样表型可能是侵袭性BC的固有特征，因此，PETsign被认为是乳腺癌代谢状态的初始标记。
5. PETsign基因在BC中经常共扩增
检测了SUV-H样和SUV-L样乳腺癌中PETsign基因的遗传改变。通过对TGCA数据库中基因拷贝数的检查发现，11个PETsign基因存在明显共扩增模式，随后又鉴定出7个显示共扩增模式的基因，且在METABRIC数据库中得到证实。接着，进一步探究SUV样分子表型与这18个基因的扩增是否存在相关性。结果发现，与SUV-L样BC相比，SUV-H样BC中这18个基因中有一个或多个基因扩增的比例更高。
图3. BC中PETsign与135个特征基因的共扩增
6. PETsign通过代谢状态对BC进行分层
通过STRING数据库分析54种PETsign相关蛋白，发现22种蛋白围绕CXCL8和EGFR构建网络，表明PETsign与乳腺癌预后价值相关。进一步分析135个差异调节基因和BC细胞系的代谢组数据，发现SUV-H样细胞系依赖有氧糖酵解，而SUV-L样细胞系倾向于脂肪酸氧化。这些结果表明PETsign与细胞代谢状态密切相关。
图4. PETsign基因预测BC细胞系的代谢特征
7. PETsign基因在代谢向有氧糖酵解转变中起因果作用
通过分析8个细胞系的代谢状况，利用细胞外酸化率（ECAR）评估糖酵解活性，发现MDA-MB-468、MDA-MB-453、T47D和BT-474细胞的ECAR较低，糖酵解活性也相对较低。进一步测定EGFR表达和激活水平，MCF-TR7、T47D和MDA-MB-453细胞显示总EGFR和激活水平较低，适合用于EGF刺激实验。选择MDA-MB-453和T47D细胞分析CXCL8和EGFR信号对糖酵解的影响，EGF刺激显著提高了2-脱氧葡萄糖的摄取，而CXCL8仅在MDA-MB-453细胞中有效。联合用药未见加性效应，表明EGF和CXCL8信号可能通过相同下游通路发挥作用。
图5. EGF和CXCL8刺激诱导MDA-MB-453和T47D的代谢改变
8. 结合PETsign与干细胞信号增强其预后能力
选择了实验室开发的20个基因标记StemPrintER（SP）来研究BC干性（BC干性是指乳腺癌细胞具有类似于干细胞的特性），发现高SP状态的BC通常预后不佳。尽管PETsign与SP仅有一个基因（CENPW）重叠，这可能反映了它们捕获的不同生物特征（代谢与干性），但也可能表明这些基因在不同分子途径中发挥作用。随后进一步验证了SP和PETsign一样，在METABRIC和970-IEO队列中都是疾病的独立预后因子。Kaplan-Meier分析显示，双低状态（SUV-L/SP-L）预后良好，单高状态（SUV-H或SP-H）中等，双高状态（SUV-H/SP-H）预后最差。在双变量分析中，两者均为独立预后因素，结合使用时表现出更强的预测能力，这支持了它们捕获不同生物特征的观点。
图6. PETsign和StemPrintER是独立的预后预测指标
小结
这项研究发现了一组PETsign可作为乳腺癌代谢状态的替代标记，为乳腺癌患者的精准治疗提供了新的参考指标。依靠PETsign的预测能力，医生可以更好地制定个性化的治疗方案，提高患者的生存率和生活质量。这一发现有望为乳腺癌诊疗带来新的进展，并为未来的临床实践提供重要的参考依据。
参考文献
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
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