基于TCGA数据库分析SERPINH1基因在肺腺癌中的表达及意义

摘要：目的" 基于癌症和肿瘤基因图谱（TCGA）数据库分析SERPINH1基因在肺腺癌中的表达及其与预后的关系。方法" 获取TCGA数据库肺腺癌（TCGA-LUAD）RNA测序数据和患者临床资料，分析肺腺癌和正常肺组织中SERPINH1基因mRNA表达差异;分析SERPINH1表达水平与患者年龄、性别、临床分期、驱动基因状态、吸烟史、疾病进展和生存状态等临床特征的关系;以无进展间期（DFI）和总生存期（OS）为临床指标，绘制Kaplan-Meier生存曲线，建立多因素Cox比例风险模型，分析SERPINH1表达对肺腺癌生存的影响，并绘制预测模型的列线图。结果" SERPINH1在肺癌组织高表达（Plt;0.001）;SERPINH1在死亡组表达量高于生存组（Plt;0.01）。ERPINH1高表达组年龄小于65岁患者比例更高，且女性患者比例高于男性（Plt;0.05）;SERPINH1基因表达水平对患者DFI和OS均有影响（Plt;0.05），高表达提示肺腺癌患者DFI和OS更差。多变量Cox回归分析显示SERPINH1基因高表达是肺腺癌患者预后总生存差的独立风险因子（HR=1.32，95%CI：1.07～1.63，P=0.009）。结论" SERPINH1基因高表达是肺腺癌患者预后总生存差的独立风险因子，可有效预测肺腺癌患者预后。

关键词：TCGA;Cox回归;SERPINH1;预后;肺腺癌

中图分类号：R734.2;TP311.13" " " " " " " " " " " " 文献标识码：A" " " " " " " " " " " " " " DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2025.01.002

文章编号：1006-1959（2025）01-0010-06

Expression and Significance of SERPINH1 Gene in Lung Adenocarcinoma

Based on TCGA Database

ZHANG Dengcai1， WANG Ruoyu1， JIANG Xiaoyu1， ZOU Jie1， ZHANG Lihua2

（1.Department of Pathology， Gansu Provincial Central Hospital， Lanzhou 730050， Gansu， China;

2.Department of Pathology， Lanzhou Petrochemical General Hospital， Lanzhou 730050， Gansu， China）

Abstract： Objective" To analyze the expression of SERPINH1 gene in lung adenocarcinoma and its relationship with prognosis based on The Cancer Genome Atlas （TCGA） database. Methods" The RNA sequencing data of lung adenocarcinoma in TCGA database （TCGA-LUAD） and the clinical data of patients were obtained， and the difference of SERPINH1 gene mRNA expression between lung adenocarcinoma and normal lung tissue was analyzed. The relationship between SERPINH1 expression level and clinical characteristics such as age， gender， clinical stage， driver gene status， smoking history， disease progression and survival status was analyzed. Kaplan-Meier survival curve was drawn with progression-free interval （DFI） and overall survival （OS） as clinical indicators. Multivariate Cox proportional hazard model was established to analyze the effect of SERPINH1 expression on the survival of lung adenocarcinoma， and the nomogram of the prediction model was drawn. Results" SERPINH1 was highly expressed in lung cancer tissues （Plt;0.001）. The expression of SERPINH1 in the death group was higher than that in the survival group （Plt;0.01）. The proportion of patients younger than 65 years old in the ERPINH1 high expression group was higher， and the proportion of female patients was higher than that of male patients （Plt;0.05）. The expression level of SERPINH1 gene had an effect on DFI and OS of patients （Plt;0.05）， and high expression suggested that DFI and OS of patients with lung adenocarcinoma were worse. Multivariate Cox regression analysis showed that high expression of SERPINH1 gene was an independent risk factor for poor overall survival in patients with lung adenocarcinoma （HR=1.32， 95%CI： 1.07-1.63， P=0.009）. Conclusion" High expression of SERPINH1 gene is an independent risk factor for poor overall survival in patients with lung adenocarcinoma， which can effectively predict the prognosis of patients with lung adenocarcinoma.

Key words：TCGA; Cox regression; SERPINH1; Prognosis; Lung adenocarcinoma

肺癌（lung cancer）的发病和死亡人数在男性和女性中均为所有恶性肿瘤第一位，是全世界范围内因癌症死亡的主要原因，虽然吸烟显著增加肺癌风险，但近年来，不吸烟人群肺癌发病率明显升高[1]。肺癌根据组织学分为非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer， NSCLC）和小细胞肺癌（small cell lung cancer， SCLC）。NSCLC占肺癌80%以上，主要包括腺癌、鳞癌、大细胞肺癌等组织学亚型，其中肺腺癌（lung adenocarcinoma， LUAD）占肺癌40%左右。肺癌的治疗在过去的十几年中取得了重大进展，特别是LUAD驱动基因的发现推动了靶向治疗的应用，多种靶向药已被批准用于LUAD一线治疗。此外，免疫疗法特别是免疫检查点抗体抑制剂，已经被批准用于NSCLC的治疗。尽管有了这些新的治疗手段，但是NSCLC总体生存率没有显著提高，新的疗法仍有一定的局限性，如驱动基因阳性患者对免疫检查点抑制剂的敏感性低[2]。此外，靶向和免疫治疗均存在耐药性问题[3]。因此，基于临床前研究发掘肺癌新靶点具有重要意义。SERPING1基因位于11号染色体上，编码热休克蛋白47（HSP47）。该蛋白属于丝氨酸蛋白酶家族，但缺乏丝氨酸蛋白酶抑制活性，在多种类型的细胞中，HSP47的表达与胶原的表达有关，是多种类型胶原蛋白正确折叠和分泌所必需的分子伴侣[4]。近年来研究发现[5]，HSP47在多种癌症中过表达，HSP47在肺癌中的表达情况及影响机制尚不明确。本研究基于TCGA数据库中LUAD转录组测序数据，旨在分析SERPING1在肺腺癌中的表达情况及其与临床病理特征的相关性。

1资料与方法

1.1资料来源" TCGA肺腺癌RNA测序数据和患者临床特征（含生存数据）下载自UCSC Xena功能基因组浏览器网站（https：//xenabrowser.net/）。经数据过滤后，保留510例肺腺癌样本和58例正常肺组织样本，用于SERPINH1表达分析，进一步保留具有完整生存数据的490例肺腺癌样本的转录组和临床数据用于后续分析。

1.2 SERPINH1表达分析" 在R软件中，输入肺癌和癌旁组织样本的转录组RNA-seq原始count数据，利用edgeR包进行标准化和差异分析，提取SERPINH1基因矫正后的RNA表达数据。根据样本对应的临床资料，分析不同TNM分期样本、不同疾病进展状态和不同生存状态的亚组中SERPINH1基因表达量。

1.3 ERPINH1基因与肺腺癌患者临床特征的关系" 在R软件中，用survminer包中的“surv_cutpoint”函数确定SERPINH1基因对预后影响的表达量中间值（Cutoff值），根据Cutoff值将患者分为SERPINH1高表达组（n=323）和SERPINH1低表达组（n=167），利用χ2检验分析两组患者年龄、性别、TNM分期、驱动基因状态、疾病进展状态和生存状态的差异。

1.4生存分析" 在R软件中，利用survival包进行生存分析，绘制Kaplan-Meier（KM）生存曲线，Log-rank检验分析SERPINH1高表达组与低表达组患者总生存期（OS）和无进展间隔期（PFI）的差异[6]。

1.5 Cox回归分析" 在R软件中，利用survival包进行单因素和多因素Cox比例风险回归分析，以OS为生存指标，构建预后预测模型，并绘制预测模型列线图，评估肺腺癌患者1、3和5年生存率。

2结果

2.1肺腺癌SERPINH1基因表达分析" 基于TCGA数据库肺腺癌RNA测序数据分析得出SERPINH1基因在肺癌组织高表达（Plt;0.001，图1A）。对不同TNM分期样本进行两两比较得出，SERPINH1基因在Ⅲ期患者表达量最高，显著高于Ⅰ期患者（Plt;0.05，图1B），其他不同分期之间的比较均无统计学差异。按照疾病是否进展分为两组发现SERPINH1基因表达水平无统计学差异（图1C）。按照生存状态分为死亡组（Dead）和存活组（Alive），SERPINH1在死亡组表达量显著高于生存组（Plt;0.01，图1D）。

2.2 SERPINH1基因表达与患者临床特征的关系" 在R软件中，用survminer包中的“surv_cutpoint”函数确定SERPINH1基因表达量阈值（Cutoff值），根据Cutoff值将患者分为SERPINH1高表达组（High，n=323）和SERPINH1低表达组（Low，n=167），比较两组患者临床特征差异的结果见表1，SERPINH1高表达组中女性患者比例高于男性患者（Plt;0.05）;此外，SERPINH1高表达与低表达组不同年龄段、不同病理分期患者、不同驱动基因突变状态、不同疾病进展状态和生存状态的患者比例均无统计学差异。

2.3生存分析" 利用survival包分析SERPINH1基因表达量对患者预后的影响，绘制KM生存曲线见图2，SERPINH1基因表达量对患者DFI和OS均有显著影响（Plt;0.05），高表达提示肺腺癌患者DFI和OS更差。

2.4 Cox回归分析" 通过单变量Cox回归分析，发病年龄（≥65岁vs.lt;65岁）、性别、驱动基因是否阳性、吸烟状态对肺腺癌患者总生存期无明显影响，TNM分期（Ⅱ期vs.Ⅰ期、Ⅲ期vs.Ⅰ期、Ⅳ期vs.Ⅰ期）对肺腺癌患者总生存期有显著影响（Plt;0.001），SERPINH1基因表达水平（高表达vs.低表达）对肺腺癌患者总生存期有显著影响（P=0.003）。进一步通过多变量Cox回归分析，结果发现SERPINH1基因高表达是肺腺癌患者预后总生存差的独立风险因子（HR=1.32，95%CI：1.07～1.63，P=0.009），见表2。进一步绘制该预测模型的列线图，对患者1、3和5年的总体生存率进行可视化，C指标为0.587，表明该列线图具有较好的预测效能，见图3。

3讨论

SERPINH1基因位于染色体11q13.5，编码HSP47，研究发现在癌细胞中该基因区域常发生扩增[7]。HSP47是一种胶原特异性蛋白伴侣，表达于成纤维细胞、肌成纤维细胞和基质细胞[4]。SERPINH1基因在多种癌症中过表达，并参与调控癌细胞的增殖、侵袭和转移，相关的调控机制尚未阐明。研究发现[8]，SERPINH1在胶质瘤组织和细胞系中过表达，且与胶质瘤的分级有关，在体内小鼠模型中观察到，敲低HSP47可以抑制胶质瘤的增殖和转移，并诱导胶质瘤细胞凋亡。蛋白质组学和转录组学证实，SERPINH1基因mRNA和蛋白在肾透明细胞癌高表达，且与患者总生存期和无病生存期较短相关，是预后不良的独立预测因子[9]。子宫颈刮取物中的SERPINH1蛋白可能是子宫内膜癌的早期诊断标志物[10]。此外，结直肠癌[11]、乳腺癌[12]、胃癌[13]和骨肉瘤[14]中也发现SERPINH1基因高表达并促进细胞增殖和转移，造成预后不良。本研究基于TCGA数据库中LUAD转录组测序数据和临床资料分析发现，SERPINH1基因在肺癌组织高表达，不同TNM分期比较得出，仅发现SERPINH1基因在Ⅲ期患者表达显著高于Ⅰ期患者，因此，基于TNM分期未发现SERPINH1基因与肺腺癌的进展有潜在的关联。此外，SERPINH1基因表达量对疾病进展状态无明显影响，但与生存状态相关，死亡组表达量显著高于生存组。进一步根据SERPINH1表达量将患者分为高表达组和低表达组，分析发现高表达组女性患者比例显著高于低表达组，提示肺腺癌的SERPINH1基因表达水平与性别相关，此结果与先前其他癌种的报道有所差别[11，13]。

进一步利用生存分析发现SERPINH1基因表达量对LUAD患者的DFI和OS均有显著影响，结合单变量和多变量Cox回归分析结果，表明肺腺癌中SERPINH1基因高表达是预后不良的独立预测因子。目前，SERPINH1基因在肺癌中的作用研究较少，先前的研究发现SERPINH1肺癌合并特发性肺纤维化组织中过表达，可能参与肺癌合并特发性肺纤维化的发病机制[15]。虽然SERPINH1基因编码的HSP47蛋白是胶原形成所必需的分子伴侣蛋白，但是荧光定量PCR检测发现SERPINH1基因在胶原蛋白水平极低的13种癌细胞系中均有明显表达，而胶原蛋白相关mRNAs无表达或表达水平极低。进一步研究发现，HSP47蛋白通过未折叠蛋白应答（unfolded protein response， UPR）维持癌细胞增殖，在癌细胞中表达的HSP47蛋白减轻了肿瘤环境中因蛋白质合成过载所产生的内质网应激，如缺氧、低糖和pH诱导的内质网应激，提示HSP47蛋白在癌症中具有不同于其作为胶原特异性分子伴侣的生物学功能[16]。基于癌组织检测SERPINH1基因表达可能受到本身表达HSP47蛋白的细胞如间质成纤维细胞的影响。另一项研究利用免疫组化方法比较了癌细胞HSP47表达阳性和阴性的肺癌患者以及癌间质HSP47阳性成纤维细胞数量高和低的肺癌患者的总生存期和无病生存期的差异，结果发现癌细胞HSP47表达阳性和阴性的肺癌患者的总生存和无病生存期无显著差异，而高HSP47阳性成纤维细胞患者总生存和无病生存期显著较差，且高HSP47阳性成纤维细胞是术后复发的独立风险因子[17]。基于泛癌的生物信息学分析发现SERPINH1的高表达与肿瘤分期和不良预后呈正相关，进一步分析发现SERPINH1在肿瘤免疫微环境调控过程发挥重要作用，SERPINH1表达与免疫细胞浸润、趋化因子和免疫检查点有显著相关性[18]。Ma W等[19]研究发现，SERPINH1在膀胱癌中过表达且并与预后不良相关，下调SERPINH1编码的HSP47蛋白表达可以抑制膀胱癌肿瘤血管生成，HSP47通过激活ERK通路和趋化因子CCL2诱导血管生成，表明SERPINH1可能是潜在抗血管生成靶点。另一项研究发现[20]，SERPINH1在骨肉瘤中高表达与预后相关，并成功构建一种基于SERPINH1评分的分类器，有效预测骨肉瘤患者预后及对免疫治疗和化疗的临床获益。

综上所述，本研究发现SERPINH1在肺腺癌中过表达，是肺腺癌独立预后因子，是潜在恶性肿瘤治疗靶点，但其生物学机制仍需进一步研究。

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收稿日期：2023-11-21;修回日期：2023-12-26

编辑/肖婷婷

作者简介：张登才（1982.11-），男，甘肃武威人，硕士，副主任医师，主要从事病理诊断，遗传咨询评估研究

通讯作者：张丽华（1984.2-），女，陕西宝鸡人，硕士，副主任医师，主要从事病理诊断工作