基于生物信息學分析ACSL4在肺腺癌中的表達及臨床意義

【摘要】 目的 分析長鏈脂酰輔酶A合成酶4（ACSL4）在肺腺癌中的表達及臨床意義，進一步分析其功能。

方法 基于Oncomine及腫瘤基因組圖譜（TCGA）數據庫，檢索ACSL4在肺腺癌組織與正常肺組織中的表達情況，分析ACSL4 的表達與患者生存預后的聯系。利用GeneMANIA數據庫構建與ACSL4相關的蛋白互作網絡（PPI），繼而進行功能注釋分析和信號通路分析。

結果 Oncomine數據庫和TCGA數據庫的資源分析中顯示ACSL4在肺腺癌組織中的表達較正常對照組低（Plt;0.001），在Ⅰ期、Ⅱ期、Ⅲ期、Ⅳ期均高于對照組（Plt;0.001），ACSL4與ACSL3、NMT1、ACSL5、STRN4、ACSS2等20種蛋白有互作關系，通路富集于PPAR信號通路、過氧化物酶體、脂肪酸代謝通路（Plt;0.001）。在基因本體論（GO）分析富集在長鏈脂肪酸代謝和線粒體相關凋亡（Plt;0.001）。

結論 ACSL4在肺腺癌組織中的表達較正常對照組低，可能通過PPAR信號通路、過氧化物酶體、脂肪酸代謝通路影響腫瘤發展。

【關鍵詞】 長鏈脂酰輔酶A合成酶4；肺腺癌；生物信息學

中圖分類號：R734.2"" 文獻標志碼：A"" DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2024.12.005

ACSL4 gene expression in lung adenocarcinoma and its

clinical significance based on bioinformatics analysis

[HJ2][HJ]

WEI Jinzhou1a， 2， LIANG Huaqing1b， 2， TAN Youjiang1b， 2， QIN Haimei1c， 2，

HUANG Yuehua1b， 2，" QU Chiwen1b， WANG Rong1b， 2

（1a. Department of Infection Management， 1b. Department of Blood Transfusion， 1c. Reproductive Center，

Affiliated Hospital of Youjiang Medical University for Nationalities， Baise 533000， Guangxi， China;

2. Key Laboratory of Research on Clinical Molecular Diagnosis for High Incidence Diseases in

Western Guangxi of Guangxi Higher Education Institutions， Baise 533000， Guangxi， China）

[HJ2][HJ]

【Abstract】 Objective To analyze the expression and clinical significance of long chain acyl coenzyme A synthase 4 （ACSL4） in lung adenocarcinoma， and to further analyze its function.

Methods Based on Oncomine and the cancer genome atlas （TCGA） database， the expression of ACSL4 in lung adenocarcinoma tissues and normal lung tissues was obtained， and association between ACSL4 expression and patients' survival prognosis was analyzed. The protein-protein interaction （PPI） network related to ACSL4 was constructed by GeneMANIA database， and then" functional annotation analysis and signal pathway analysis were performed.

Results The resource analysis of Oncomine database and TCGA database showed that the expression of ACSL4 in lung adenocarcinoma tissues was lower than that in normal control group （Plt;0.001）， but higher than that in the normal control group in stage Ⅰ， stage Ⅱ， stage Ⅲ， and stage Ⅳ （Plt;0.001）. ACSL4 interacted with 20 proteins including ACSL3， NMT1， ACSL5， STRN4， and ACSS2， with pathways enriching in the PPAR signaling pathway， peroxisome， and fatty acid metabolism pathway （Plt;0.001）. Long chain fatty acid metabolism and mitochondria-related apoptosis were enriched through GO analysis （Plt;0.001）.

Conclusion The expression of ACSL4 in lung adenocarcinoma tissue is lower than that in control group and may affect tumor development through PPAR signaling pathway， peroxisome and fatty acid metabolism pathway.

【Keywords】 long chain acyl coenzyme A synthase 4 （ACSL4）; lung adenocarcinoma; bioinformatics

肺癌是一種胸部常見的惡性腫瘤，伴隨著高發病率和預后差的特征，按照病理特征分為小細胞肺癌和非小細胞肺癌。當前，針對肺癌的主要治療方式依然是手術。大多數患者確診時往往已經發展為晚期。晚期非小細胞肺癌以化療和放療為主要治療手段［1］。肺腺癌是非小細胞肺癌的主要病理類型，易發生在肺的周圍位置。雖然其增長速度相對緩慢，但容易發生轉移。近年來，肺腺癌在我國的發病率逐年遞增［2］。截至目前，為了減少肺腺癌患者的死亡率，亟需尋找更多疾病的分子標志物和靶點，為該腫瘤的診斷和治療奠定一定的理論依據。長鏈脂酰輔酶A合成酶4（long chain acyl coenzyme A synthase 4， ACSL4）是ACSL家族的一員，參與脂肪酸代謝［3］。鐵死亡（ferroptosis）是一種新發現的鐵依賴性細胞程序性死亡方式，不同于細胞凋亡、細胞壞死、細胞自噬。ACSL4參與合成膜磷脂而引發細胞鐵死亡［4］。本研究采取數據挖掘，分析ACSL4與肺腺癌發生和發展的關系，有助于研究ACSL4基因調控癌細胞變化的實驗奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 數據下載

Oncomine數據庫可分析其在多種腫瘤中的表達情況［5］，是目前世界上最大的癌基因芯片數據庫和整合數據挖掘平臺，自帶分析統計功能，可用于挖掘癌癥基因信息。篩選設置如下：Analysis Type為Lung Adenocarcinoma vs. Normal Analysis，Data Type為mRNA。篩選基因為ACSL4時，設定條件為Gene：ACSL4。腫瘤基因組圖譜（The Cancer Genome Atlas，TCGA，https：//portal.gdc.cancer.gov/）包含30多種腫瘤數據，涉及多種癌癥器官，腫瘤樣本數量龐大［6］。

1.2 數據分析

為了研究ACSL4基因在肺腺癌組織與正常對照組織中的表達差異，從TCGA下載肺腺癌的癌旁組織和對照組織的轉錄組與臨床的相關數據，采用perl語言和R語言軟件分析ACSL4，將探針轉換為基因符號，并將平均表達值作為對應探針的基因的唯一值。然后使用log2變換對數據進行數據轉換，使用limma包進行差異分析。利用UALCAN數據庫（https：//ualcan.path.uab.edu/）分析其表達和患者預后、臨床病理特征間的聯系［7］。在Gene MANIA數據庫（https：//genemania.org/）中檢索和ACSL4相互作用的蛋白［8］。在京都基因與基因組百科全書（Kyoto encyclopedia of genes and genomes，KEGG）中的Pathway檢索界面分析ACSL4基因參與的相關疾病信號通路。通過Wilcoxon檢驗分析ACSL4在不同腫瘤中的表達差異；采用單因素方差分析和Log-rank檢驗分別計算ACSL4在肺腺癌中的差異表達和不同表達水平患者的生存時間差異，檢驗水準：α=0.05。

2 結" 果

2.1 ACSL4在多種腫瘤中的表達

ACSL4在Oncomine中合計有366項腫瘤研究，其中20項表達增高，18項表達降低。在4項肺腺癌研究中，ACSL4呈低表達。見圖1。在TCGA數據庫的資源分析中發現ACSL4在肺腺癌中的表達比正常對照組中低（Plt;0.001）。見圖2。

2.2 ACSL4基因表達與肺腺癌臨床特征之間的關系

在UALCAN數據庫中輸入ACSL4基因檢索其表達與肺腺癌患者的臨床病理特征之間的聯系。分析得到ACSL4基因表達與肺腺癌的多種臨床特征有關。其中，該基因在Ⅰ期、Ⅱ期、Ⅲ期、Ⅳ期均低于對照組（Plt;0.001）。見圖3。然而，在男性和女性患者之間的表達差異無統計學意義（P=0.921）。見圖4。

2.3 ACSL4表達對肺腺癌患者預后的影響

在Kaplan-Meier Plotter中分析其表達水平是否與患者的預后相關。結果顯示，ACSL4基因表達和肺腺癌的預后結果無相關性（P=0.117）。見圖5。

2.4 蛋白互作分析

利用GeneMANIA數據庫構建ACSL4的蛋白互作網絡（PPI），進一步解析其可能參與的生物學過程。按照Combined_core打分值，篩選得分大于0.7的互作關系來展示。在基因功能結果顯示，ACSL4與ACSL3、NMT1、ACSL5、STRN4、ACSS2等20種蛋白有互作關系。見圖6。

2.5 KEGG和GO信號通路分析

DAVID是一個含有豐富資源的生物信息學數據庫，可以在線進行數據分析，可為大規模的基因或者蛋白質進行綜合的生物功能注釋。在上述獲取的互作蛋白后，將其納入DAVID軟件進行功能富集分析。KEGG通路富集PPAR信號通路、過氧化物酶體、脂肪酸代謝通路（Plt;0.001）。見表1。在基因本體論（GO）分析的生物過程（BP）模塊富集在長鏈脂肪酸代謝和線粒體相關凋亡途徑；細胞組分（CC）模塊富集在線粒體膜、內質網膜和過氧化物酶體；分子功能（MF）模塊富集在癸酸輔酶A連接酶、長鏈脂肪酸輔酶A連接酶活性、ATP結合及催化活性（Plt;0.001）。見表2。

3 討" 論

脂肪酸是機體主要的一種能源，和細胞的正常代謝密切相關。脂肪酸被分解成二氧化碳與水，同時釋放三磷酸腺苷（ATP）為生物體供能。外源性或內生的脂肪酸在線粒體中活化為脂酰輔酶A參與代謝。脂酰輔酶A合成酶包括超長鏈脂酰輔酶A合成酶（very long-chain acyl-CoA synthetases，ACSVL）、長鏈脂酰輔酶A合成酶（long-chain acyl-CoA synthetases，ACSL）、中鏈脂酰輔酶A合成酶（medium-chain acyl-CoA synthases，ACSM）和短鏈脂酰輔酶A合成酶（short-chain acyl-CoA synthases，ACSS）［9］。ACSL包括5種同工酶，分別為ACSL1、ACSL3、ACSL4、ACSL5和ACSL6。雖然都具有催化酶促反應作用，但是它們在細胞內發揮的功能卻不同。

最近研究發現，ACSL4與多種腫瘤的發生和發展有著密切的關系。ACSL4通過c-Myc上調肝癌細胞中SREBP1及其下游脂肪生成酶。此外，ACSL4在肝癌患者中的表達與SREBP1的表達呈正相關，二者聯合對肝癌具有較強的預測價值［10］。雄激素受體作為轉錄抑制因子結合在ACSL4啟動子區域并抑制其轉錄，協同調控ACSL3和ACSL4的表達，使雄激素受體通路無關的前列腺腫瘤依賴于ACSL4介導的脂肪酸代謝［11］。PRGL493作為一種靶向ACSL4的新型抑制劑能降低乳腺和前列腺腫瘤生長、對耐藥的敏感、類固醇生成［12］。鐵死亡是一種非凋亡性的調節細胞死亡形式，并且涉及許多生理和病理過程，ACSL4參與鐵死亡，研究還發現miR-424-5p靶向ACSL4降低Erastin和RSL3誘導卵巢癌的鐵死亡［13］。ACSL4的過表達降低了谷胱甘肽過氧化物酶4的表達，并提高了鐵死亡標志物的水平。ACSL4通過激活鐵死亡通路保護膠質瘤細胞并發揮抗增殖作用，其有可能成為治療膠質瘤的新的治療靶點［14］。因此，ACSL4在不同腫瘤組織中表達各有差異，參與的機制也不盡相同。

我們從數據量豐富的TCGA數據庫下載肺腺癌數據分析ACSL4的表達狀況。采用生物信息學方法從多個角度分析發現ACSL4在肺腺癌中呈現低表達。其表達與臨床分期有關，涉及PPAR信號通路、過氧化物酶體、脂肪酸代謝通路。這些結果將為深入探討ACSL4在肺腺癌中的作用機制提供方向，有利于發現肺腺癌新的分子靶點。

參 考 文 獻

［1］ "蘇培淵，楊清，付兵，等.CALML3鑒別診斷肺腺癌和鱗狀細胞癌的潛在價值分析［J］.檢驗醫學與臨床，2021，18（21）：3105-3108.

［2］ "CAO M， CHEN W. Epidemiology of lung cancer in China［J］. Thorac Cancer，2019，10（1）：3-7.

［3］ "KUWATA H， HARA S. Role of acyl-CoA synthetase ACSL4 in arachidonic acid metabolism［J］. Prostaglandins Other Lipid Mediat，2019，144：106363.

［4］ "黃琴，夏中元，雷少青，等.新近細胞死亡形式：鐵死亡發生的機制及其潛在信號通路的研究進展［J］.醫學綜述，2020，26（16）：3171-3177.

［5］ "RHODES D R， YU J J， SHANKER K， et al. ONCOMINE：a cancer microarray database and integrated data-mining platform［J］. Neoplasia，2004，6（1）：1-6.

［6］ "TOMCZAK K， CZERWI′NSKA P， WIZNEROWICZ M. The Cancer Genome Atlas （TCGA）：an immeasurable source of knowledge［J］. Contemp Oncol：Pozn，2015，19（1a）：A68-A77.

［7］ "CHANDRASHEKAR D S， BASHEL B， BALASUBRAMANYA S A H， et al. UALCAN A portal for facilitating tumor subgroup gene expression and survival analyses［J］. Neoplasia，2017，19（8）：649-658.

［8］ "RAMIREZ R， CHIU Y C， ZHANG S Y， et al. Prediction and interpretation of cancer survival using graph convolution neural networks［J］. Methods，2021，192：120-130.

［9］ "DOLL S， PRONETH B， TYURINA Y Y， et al. ACSL4 dictates ferroptosis sensitivity by shaping cellular lipid composition［J］. Nat Chem Biol，2017，13：91-98.

［10］ "CHEN J R， DING C F， CHEN Y H， et al. ACSL4 reprograms fatty acid metabolism in hepatocellular carcinoma via c-Myc/SREBP1 pathway［J］. Cancer Lett，2021，502：154-165.

［11］ "MA Y， ZHANG X， ALSAIDAN O A， et al. Long-chain acyl-CoA synthetase 4-mediated fatty acid metabolism sustains androgen receptor pathway-independent prostate cancer［J］.Mol Cancer Res，2021，19（1）：124-135.

［12］ "CASTILLO A F， ORLANDO U D， MALOBERTI P M， et al. New inhibitor targeting Acyl-CoA synthetase 4 reduces breast and prostate tumor growth，therapeutic resistance and steroidogenesis［J］. Cell Mol Life Sci，2021，78（6）：2893-2910.

［13］ "MA L L， LIANG L， ZHOU D， et al. Tumor suppressor miR-424-5p abrogates ferroptosis in ovarian cancer through targeting ACSL4［J］. Neoplasma，2021，68（1）：165-173.

［14］ "CHENG J， FAN Y Q， LIU B H， et al. ACSL4 suppresses glioma cells proliferation via activating ferroptosis［J］. Oncol Rep，2020，43（1）：147-158.

（收稿日期：2024-06-17 修回日期：2024-10-29）

（編輯：潘明志）

基金項目：國家自然科學基金（62341210）

第一作者簡介：韋錦洲，男，主管技師，醫學學士，研究方向：腫瘤大數據分析。E-mail：1160577465@qq.com

通信作者：王榮。E-mail：rongwang50@163.com

［本文引用格式］韋錦洲，梁華清，譚有將，等.基于生物信息學分析ACSL4在肺腺癌中的表達及臨床意義［J］.右江醫學，2024，52（12）：1085-1089.