摘要: 目的：通过生物信息学方法研究PAICS对胃癌患者预后影响及其临床意义。方法：应用Kaplan-Meier (https://kmplot.com/analysis/)网站数据库研究PAICS表达与胃癌患者临床预后的相关性。使用TIMER2.0数据库、UALCAN数据库阐明PAICS在胃癌组织中的表达与免疫细胞浸润和相关基因标记物的相关性。结果：PAICS在多种癌症中表达水平高于正常组织，且具有统计学意义(P < 0.001)，其中包括BLCA (膀胱尿路上皮癌)、BRCA (乳腺浸润性癌)、COAD (结肠癌)、ESCA (食管癌)、LIHC (肝细胞癌)、LUAD (肺腺癌)、LUSC (肺鳞状细胞癌)、PRAD (前列腺癌)、STAD (胃癌)、THCA (甲状腺癌)、UCEC (子宫内膜癌)。提示PAICS的高表达与胃癌预后不良有关。PAICS表达与胃癌免疫细胞(B细胞、CD4+T细胞、CD8+T细胞、中性粒细胞、巨噬细胞和树突状细胞)浸润呈负相关(P < 0.01)；胃癌中PAICS表达水平与多数免疫细胞标志物相关。结论：PAICS显著影响胃癌预后，可以作为胃癌预后相关生物标志物。
Abstract: Objective: This study investigates the prognostic impact and clinical significance of PAICS in gastric cancer patients through bioinformatics approaches. Methods: The Kaplan-Meier (https://kmplot.com/analysis/) database was used to study the correlation between PAICS expression and the clinical prognosis of gastric cancer patients. TIMER2.0 database and UALCAN database were used to clarify the correlation between the expression of PAICS in gastric cancer tissues and immune cell invasion and related gene markers. Results: The expression level of PAICS was higher than that of normal tissues in a variety of cancers and was statistically significant (P < 0.001), including BLCA (bladder urothelial carcinoma), BRCA (invasive carcinoma of the breast), COAD (colon cancer), ESCA (esophageal cancer), LIHC (hepatocellular carcinoma), LUAD (lung adenocarcinoma), LUSC (lung squamous cell carcinoma), PRAD (prostate cancer), STAD (gastric cancer), THCA (thyroid cancer), UCEC (endometrial cancer). These results suggest that high expression of PAICS is associated with poor prognosis of gastric cancer. PAICS expression was negatively correlated with the infiltration of gastric cancer immune cells (B cells, CD4+T cells, CD8+T cells, neutrophils, macrophages and dendritic cells) (P < 0.01). Conclusion: PAICS significantly affects the prognosis of gastric cancer and can be used as a prognostic biomarker for gastric cancer.
1. 引言
胃癌具有高度致命性，在全球最常诊断的癌症中排名第五，也是癌症死亡的第四大原因。胃癌患者的预后较差，5年生存率为<10% [1] [2]。手术后辅助化疗或放化疗是半数符合手术条件的胃癌患者的标准治疗[3] [4]。然而，即使在切除后，~60%的患者也会出现局部复发或远处转移[5]。磷酸核糖氨基咪唑羧化酶，磷酸核糖氨基咪唑琥珀酰羧酰胺合成酶(PAICS)是一种推定的双功能酶，参与从头嘌呤生物合成途径，具有5-氨基咪唑核糖核苷酸羧化酶和4-(N-琥珀酰羧酰胺)-5-氨基咪唑核糖核苷酸合成酶活性[6]。先前的研究表明，癌细胞依赖于PAICS依赖性代谢途径进行单磷酸腺苷和鸟苷一磷酸合成，并且从头途径的失活在体外和体内都会抑制癌细胞增殖[7]。PAICS已被证明在各种类型的癌症中高度表达，例如乳腺癌[8]、前列腺癌[9]、膀胱癌[10]、肺癌[7] [11]和急性淋巴细胞白血病[12]。但目前PAICS在胃癌中的具体生物学作用和相关机制仍不清楚。因此，我们使用了包括TCGA数据库在内的多个公用数据库对PAICS在胃癌中的表达及预后进行相关研究，同时我们还进一步通过TIMER等肿瘤免疫相关数据库对PAICS在肿瘤免疫浸润的相关性分析其临床意义。
2. 材料与方法
2.1. PAICS基因在泛癌及癌旁的差异表达
TIAMER (Tumor Immune Estimation Resource)数据库包含七个功能模块，其中“Diff Exp”模块被用于探究PAICS基因在多种癌症类型及其对应正常组织中的表达差异。此外，通过UALCAN数据库提供的TCGA数据，进一步分析了PAICS在胃癌组织与癌旁组织、不同分期的胃癌以及淋巴结转移状态下的表达差异。
2.2. PAICS基因表达水平与胃癌患者预后相关性分析
通过使用Kaplan-Meier (https://kmplot.com/analysis/)网站公共数据库绘制关于PAICS总生存期、无进展期、进展后生存期曲线，评估高表达的PAICS 基因在胃癌患者中的价值。检索方法如下：① 基因符号：PAICS；② 癌症类型：胃癌；③ 生存指标：总生存期(OS)、无进展期(FP)、进展后生存期(PPS)。
2.3. 免疫细胞浸润分析
通过对TIMER数据库的分析，使用“Gene”模块探索PAICS于胃癌中基因表达，评估PAICS基因表达与各种免疫细胞浸润程度之间的相互关联性，包括B lymphocyte、mø、Neurophil、DC细胞、CD8+T淋巴细胞以及CD4+T淋巴细胞。
2.4. PAICS的表达与免疫细胞浸润的关系分析
检索TIMER数据库，以研究在相关免疫浸润中与PAICS的相关性。检索方式如下：① 选择Timer数据库中“Correlation”相关模块。② 癌症类型选择“胃腺癌(STAD)”；③ 基因符号Y设为“PAICS”，基因符号X设为“select immune cells marker”。
2.5. 统计学方法
生存曲线的绘制采用了Kaplan-Meier方法。检验结果以风险比(HR)表示，当P值小于0.05时，差异被认为具有统计学意义。在TIMER数据库中，相关性分析采用了Spearman相关系数进行评价。为了减少多重比较带来的假阳性结果，我们采用了Bonferroni校正方法，将显著性水平调整为P值除以比较次数。此外，为了处理不同数据库之间的数据差异和标准化问题，我们对所有数据进行了标准化处理，确保不同数据库的数据在相同的尺度上进行比较和分析。
3. 结果
3.1. PAICS基因在胃癌组织中呈高表达
通过TIMER数据库分析PAICS在泛癌中的表达可以看出PAICS在BLCA (膀胱尿路上皮癌)、BRCA (乳腺浸润性癌)、COAD (结肠癌)、ESCA (食管癌)、LIHC (肝细胞癌)、LUAD (肺腺癌)、LUSC (肺鳞状细胞癌)、PRAD (前列腺癌)、STAD (胃癌)、THCA (甲状腺癌)、UCEC (子宫内膜癌)中的表达高于正常组
注：∙ < 0.1；*P < 0.05；**P < 0.01；***P < 0.001。
Figure 1. Expression of PAICS in pan-cancer
图1. PAICS在泛癌中的表达
Figure 2. Differential expression of PAICS in gastric cancer tissues and adjacent tissues
图2. PAICS在胃癌组织及癌旁组织中的表达差异展示
Figure 3. Illustrating the following: (A) illustrates the expression of PAICS in normal tissues and gastric cancer tumour stages; (B) reveals the expression of PAICS in gastric cancer tumours at all levels and in normal tissues. (C) explores the expression of PAICS in various stages of lymph node metastasis and normal tissues
图3. 展示了以下内容：(A)图阐述了PAICS在正常组织与胃癌肿瘤各期的表达；(B)图揭示了PAICS在胃癌肿瘤各级及正常组织中的的表达；(C)图则探讨了PAICS在淋巴结转移各期及正常组织的表达
织，且具有意义(P < 0.001)，见图1。通过对TCGA数据进行深入的UALCAN数据库分析，研究显示，PAICS在胃恶性肿瘤中的表达存在显著差异(P = 1.62436730732907E−12)，在分析中考虑了其他基因表达的潜在影响，并通过多变量回归分析排除了混杂因素，见图2。根据UALCAN数据库的分析结果，可以观察到当患者个别肿瘤分期为第一、二、三、四期时，PAICS的表达量显著高于癌旁组织，见图3(A)。同时PAICS在肿瘤分级方面，PAICS在1级、2级、3级中的表达量均高于正常组织，且3级表达高于1级、2级，见图3(B)。此外，在涉及肿瘤淋巴结转移的分析中，在正常组织中的PAICS表达量都明显低于淋巴结转移的各阶段，并且这种差异在统计学上具有显著性，见图3(C)。
3.2. PAICS基因高表达与胃癌患者预后不良密切相关
研究者通过对Kaplan-Meier数据库的分析，探讨了PAICS在胃癌中的表达及其对预后的影响。结果提示：PAICS表达水平较高时，往往预示着胃癌患者的预后可能较为不利。总生存期(OS)：(HR = 1.38 (1.16~1.63), P = 2e−04, n = 881)见图4(A)；无进展生存期(FP)：(HR = 1.37 (1.12~1.68), P = 0.0021; n = 645)见图4(B)；进展后生存期(PPS)：(HR = 1.72 (1.38~2.15), P = 1.2e−06; n = 503)见图4(C)，所有生存分析结果均经过多重比较校正，确保结果的可靠性。
Figure 4. The value of PAICS expression in the prognosis of gastric cancer patients
图4. PAICS表达对胃癌患者预后的价值
3.3. PAICS基因与免疫细胞浸润呈负相关
在对TIMER数据库进行的分析中发现，PAICS表达水平与B细胞、CD4+T细胞、CD8+T细胞、中性粒细胞、巨噬细胞和树突状细胞浸润程度存在负相关性，且具有意义。见图5。
Figure 5. Relationship between PAICS expression and the level and purity of different immune cells in gastric cancer tissues
图5. PAICS表达与胃癌组织不同免疫细胞浸润水平及纯度的关系
3.4. PAICS基因与免疫细胞标志物相关
对胃癌中PAICS表达的研究揭示了其与免疫细胞标志物之间存在显著的负相关性，相关系数P值小于0.05。具体而言，PAICS与T细胞、B细胞、中性粒细胞、M1巨噬细胞、M2巨噬细胞、Th1细胞、Th2细胞的免疫细胞标志物呈现出相关关系，见图6。
Figure 6. Relationship between PAICS and various immune cell-related markers in gastric cancer
图6. PAICS在胃癌中与各类免疫细胞相关标记物的关系
4. 讨论
胃癌(GC)乃全球范围内导致癌症相关死亡的主要因素之一。其发生、发展以及扩散的过程受多种因素影响。当前，手术治疗依然是胃癌治疗的主要方式。然而，鉴于胃癌的快速发展特性，众多患者未能在最佳时机接受手术治疗，这对他们的生命安全构成了严重威胁。近年来，分子生物学与肿瘤免疫学的迅猛进步催生了多种新型肿瘤治疗方法，其中包括放射线治疗、化学治疗和生物治疗等，这些方法逐渐成为治疗恶性肿瘤的新途径。特别是免疫治疗，在临床实践中得到了广泛的应用，并且已经取得了显著的治疗效果，其中以PD-1/PD-L1抑制剂和HER2靶向治疗尤为突出[13] [14]。PAICS的过表达可预测肿瘤患者的不良生存率[7] [9]-[11] [15]。对PAICS致癌机制的研究显示，PAICS可以通过正向调节SNAI1和降低E-钙粘蛋白表达来诱导膀胱癌的上皮–间质转化[10]。此外，在前列腺癌中存在JQ1的情况下，在PAICS启动子上观察到MYC占有率的丧失[9]。但是，在胃癌的发生与发展过程中，PAICS是否扮演着关键角色，至于其是否能成为新型免疫治疗的潜在靶点，目前尚不明确。鉴于此，本项研究深入挖掘并分析了现有的主流公共生物医学信息数据库，目的在于探寻胃癌免疫治疗的新途径。
本文的目的在于验证PAICS能够作为胃癌预测性生物标志物以及肿瘤免疫治疗潜在靶点的可行性。首先，研究多个公共数据库对PAICS基因在各类常见癌症中的表达情况进行分析。经TIMER数据库发现，PAICS在多种癌症中呈现高表达态势。接着，利用UALCAN数据库对TCGA数据进行分析，结果表明PAICS在胃癌组织中的表达存在显著差异(P = 1.62436730732907E−12)，这表明PAICS在胃癌发生过程中扮演了关键角色。随后，通过进一步利用UALCAN数据库进行分析，研究表明PAICS在正常组织与胃癌组织中的差异表达存在显著的相关性。在胃癌患者群体中，正常组织中的PAICS表达水平明显低于胃癌组织。进一步分析肿瘤分期发现，当患者肿瘤分期为第一、二、三、四期时，PAICS的表达量显著高于癌旁组织。在肿瘤分级方面，PAICS在1级、2级、3级中的表达量均高于正常组织，且3级的表达量高于2级和1级，在涉及肿瘤淋巴结转移的分析中，在正常组织中的PAICS表达量都明显低于淋巴结转移的各阶段。此外，通过The Kaplan Meier plotter数据库分析，提示PAICS的高表达能够使胃癌患者的无进展生存期(FP)、总生存期(OS)、及进展后生存期(PPS)均有所减少。这些分析结果表明，PAICS的高表达在胃癌的形成、进展、侵袭性增强以及预后不良方面发挥着关键作用，暗示着PAICS可能是一个潜在的预后生物标志物。
通过对TIMER数据库进行深入探究后发现，PAICS的表达与B 细胞、CD4+T细胞、CD8+T细胞、中性粒细胞、巨噬细胞和树突状细胞呈现出明显的负相关关系。这种负相关关系表明PAICS基因可能对这种免疫细胞的浸润有抑制作用。提示PAICS基因在胃癌中具有潜在的免疫抑制作用。具体机制可能涉及PAICS对趋化因子(如CXCL10、CCL5)的调控，这些趋化因子在免疫细胞的迁移和浸润中起关键作用。此外，PAICS可能通过影响细胞因子(如IL-6、TNF-α)的分泌，进一步调节免疫细胞的功能和活性，PAICS也可能通过与免疫检查点分子(如PD-L1)的相互作用，影响肿瘤微环境中的免疫逃逸过程，这些假设需要通过实验验证，例如通过体外实验检测PAICS对趋化因子和免疫检查点分子的调控作用，或通过动物模型观察PAICS对免疫细胞浸润的影响。同时，PAICS的表达与T细胞、B细胞、中性粒细胞、M1巨噬细胞、M2巨噬细胞、Th1细胞、Th2细胞等肿瘤免疫细胞标志物之间存在显著的相关性。据此可以证实，PAICS通过影响免疫细胞，进而对胃癌的发生和发展过程产生影响。前述研究结果揭示，PAICS在胃癌肿瘤微环境中对免疫细胞的浸润及免疫检查点基因具有调控作用，可能参与了肿瘤免疫逃逸和抑制的过程。为胃癌的免疫治疗提供了理论基础[16]-[18]，具体调控机制有待进一步研究。综上所述，PAICS作为胃癌发展中的关键分子，有望成为个性化治疗的新靶点。通过检测PAICS的表达水平，可以指导选择合适的治疗方案，提高治疗效果。需进一步探索PAICS在胃癌异质性中的调控网络，并开展多中心临床试验验证其作为液态活检标志物及靶向治疗方案的可行性。然而，从研究科学性角度分析，本研究尚且具有诸多局限性。第一、研究中所用数据均引用于公共数据库，缺乏自身实验数据作为对各类公共数据的佐证。第二、不同数据库之间所采用的统计学方式可能各不相同，此外，这些方法可能不具备足够的特异性。第三、通过TIMER数据库分析PAICS与胃癌组织免疫细胞浸润水平及与免疫细胞相关标记物的关系，可以看出需进一步研究免疫细胞相关标记物以明确高表达PAICS基因与免疫浸润相关性，应通过与免疫浸润相关的细胞实验和动物实验验证GANS是如何促进胃癌肿瘤的发生、发展及转移。第四、本研究基于公共数据库的生物信息学分析，可能存在混杂因素的影响。例如，肿瘤微环境中的其他细胞类型(如髓系来源的抑制细胞或调节性T细胞)可能对PAICS的表达和功能产生影响。此外，其他基因的表达(如与PAICS协同作用的代谢酶)也可能干扰PAICS的预后价值。未来研究应通过多组学联合分析(如转录组与代谢组)进一步验证PAICS在胃癌中的作用，并通过实验排除混杂因素的影响。
5. 结论
上述研究揭示了PAICS在胃癌的发病、进展以及免疫浸润方面扮演着关键角色，它有可能作为评估胃癌患者临床预后的生物标志物，并且成为新的免疫治疗的潜在靶点。然而，为了深入理解PAICS在胃癌中的确切作用机制，特别是在免疫细胞浸润和免疫检查点基因方面的功能，尚需进一步的研究。这样的研究将为胃癌的精准治疗提供更为坚实的科学基础。
NOTES
*通讯作者。