大家好，今天要和大家分享的是2021年9月发表的一篇文章：“MXD3 as an onco-immunological biomarker encompassing the tumormicroenvironment, disease staging, prognoses, and therapeutic responses inmultiple cancer types”。
MAX二聚体蛋白3（MXD3）是碱性螺旋-环-螺旋-亮氨酸拉链（bHLHZ）转录因子MXD家族的成员，在细胞周期和细胞增殖中起关键作用。在这项研究中，作者使用生物信息学方法系统探讨了MXD3在肿瘤免疫浸润、免疫逃逸、肿瘤进展、治疗反应和癌症预后中的作用。结果表明MXD3在几乎所有癌症类型和亚型中异常表达，并且与肿瘤分期、转移和不良预后相关。另外，MXD3可以通过多种机制参与肿瘤免疫逃逸。MXD3甲基化与mRNA表达水平和介导的功能失调性T细胞表型以及来自不同癌症类型的不良预后呈负相关。此外，作者还发现MXD3表达与不同癌症的免疫和化疗相关。较高的MXD3表达水平对多种丝裂原活化蛋白激酶(MEK)抑制剂的敏感性降低有关，但会导致其他激酶抑制剂（包括Akt抑制剂）的活性增加。这项研究表明MXD3是一种免疫致癌分子，可以作为癌症诊断、治疗和预后的生物标志物。
发表杂志：Comput Struct Biotechnol J.
影响因子：7.27
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研究背景
癌症的发生和发展是由基因组的遗传和表观遗传改变积累的多阶段过程。越来越多的证据表明，基因改变可以破坏几种表观遗传模式，而表观遗传修饰可以驱动基因组不稳定性和突变，这表明在癌变过程中遗传和表观遗传改变之间存在着相互干扰。MAX二聚体蛋白3（MXD3）是碱性螺旋-环-螺旋-亮氨酸拉链（bHLHZ）转录因子MXD家族的成员，在MYC/MAX/MAD转录网络中，与Myc竞争同Max结合形成异二聚体；是一个在细胞周期的S期特殊表达的转录抑制因子。多项研究表明，MXD3在多种恶性肿瘤中表达异常，影响肿瘤的发生和发展，对肿瘤的诊断、治疗和预后判断有重要的意义。
流程图
分析解读：
生理条件下的MXD3
①MXD3的细胞内定位。
②MXD3在正常人体组织中的表达。
③MXD3 mRNA表达与细胞周期进程之间的相关性。
④MXD3功能分析。
结果：
下图A：MXD3蛋白质拓扑结构显示具有Gln114的天然错义变体的膜定位。
下图B：PC-3、MCF-7和U-2骨肉瘤细胞核、内质网(ER)和微管内MXD3亚细胞分布的免疫荧光染色图。
下图C：来自GTEx数据库的各种正常人体组织中MXD3 mRNA表达的条形图。
下图D：来自FUCCI U-2骨肉瘤细胞系的单细胞RNA测序数据图，显示了MXD3 mRNA表达与细胞周期进程之间的相关性。
下图E-F：MXD3的功能基因网络（E）和MXD3相关疾病（F）网络。
MXD3差异表达分析
①分析TCGA不同癌症类型中肿瘤和邻近正常组织之间MXD3的差异表达水平。
②评估MXD3在肿瘤分期之间的差异表达。
③对不同癌症肿瘤、正常和转移组织进行差异基因表达分析。
结果：
下图A：箱线图显示TCGA数据库中肿瘤和相邻正常组织之间MXD3差异表达水平。
下图B-C：小提琴图显示（B）病理阶段（I、II、III和IV期）和（C）转移之间的差异MXD3表达水平。
下图D：高低MXD3表达水平的TCGA癌症队列之间累积生存差异的Kaplan-Meier曲线。
肿瘤免疫和免疫抑制细胞浸润分析
①分析MXD3表达与6种免疫细胞的肿瘤浸润的相关性。
②分析MXD3表达与4种已知促进T细胞排斥的免疫抑制细胞的肿瘤浸润的相关性。
结果：
下图A-B：热图显示MXD3表达与（A）6种免疫细胞和（B）4种免疫抑制细胞在不同TCGA癌症类型中与免疫浸润的相关性。
下图C：条形图显示MXD3与免疫检查点阻断（ICB）亚组中标准化癌症免疫逃逸生物标志物的相关性。应用受试者工作特征曲线下面积（AUC）来评估测试生物标志物对ICB反应状态的预测性能。
下图D：在ICB亚组中，CRISPR筛选中MXD3与淋巴细胞介导的肿瘤杀伤和结果的相关性热图。
表观遗传甲基化分析
①分析TCGA不同癌症类型中的肿瘤和配对正常组织之间MXD3的差异甲基化水平。
①使用肿瘤免疫功能障碍和排除（TIDE）算法评估MXD3的遗传和表观遗传改变对功能失调T细胞表型和预后的影响。
结果：
下图A：箱线图显示TCGA数据库中肿瘤和相邻正常组织之间的差异MXD3甲基化水平。
下图B：热图显示MXD3甲基化在细胞毒性T细胞水平(CTL)、功能失调的T细胞表型和TCGA癌症队列的危险因素中的作用。
下图C：具有高甲基化水平的TCGA癌症队列和具有低甲基化水平MXD3的癌症队列之间总体生存差异的Kaplan-Meier曲线图。
基因共表达和基因突变共现分析
①使用ONCOMINE数据库分析肿瘤中与MXD3表达谱相关的基因谱。
②评估来自TCGA泛癌10953名患者的MXD3特征与其他蛋白质之间的基因突变共现模式。
③分析不同癌症队列的总生存期(OS)、无病生存期(DFS)和无进展生存期(PFS)的差异。
④对MXD3进行PPI网络分析，以及基于遗传关联的MXD3基因-疾病网络分析。
⑤使用MXD3共表达和共突变基因进行PPI和富集分析。使用Enrich进行富集分析。
结果：
下图A：不同癌症类型的MDX3突变频率的条形图。
下图B：MXD3突变的癌症队列与MXD3未突变的癌症队列之间OS、DFS和PFS差异的Kaplan-Meier曲线。
下图C：显示MXD3共表达的热图。
下图D：条形图显示DBN1、RAB24、SLC34A1、PRELID1、LMAN2、F12、GRK6、RGS14、PRR7和PFN3突变与MXD3突变同时出现的频率。
下图E：瀑布图显示MXD3与DBN1、RAB24、SLC34A1、PRELID1、LMAN2、F12、GRK6、RGS14、PRR7、PFN3基因突变共现模式。
下图F：MXD3基因共现结果。
下图G：MXD3在不同癌症类型中的富集结果。
下图H：MXD3基因共现的蛋白质-蛋白质相互作用网络。
下表：富集分析结果。
MXD3表达与药物敏感性和治疗反应的相关性
①ROC曲线分析MXD3转录组水平与乳腺癌、胶质母细胞瘤、结直肠癌和卵巢癌患者治疗反应的关联。
②评估不同癌细胞系中药物AUC和MXD3基因表达相关性。
③分析MXD3表达水平和药物敏感性与GDSC数据库中的265个小分子之间的相关性。
结果：
下图A：癌症药物敏感性基因组（GDSC）数据库中药物敏感性与MXD3 mRNA表达之间相关性的气泡图。从蓝色到红色的颜色代表mRNA表达与50%抑制浓度（IC50）值之间的相关性。正相关意味着该基因的高表达对药物具有抗性，反之亦然。
下图B：乳腺癌、胶质母细胞瘤、结直肠癌和卵巢癌患者MXD3表达与化疗反应ROC曲线图。
下图C：(上图)：在免疫治疗患者中，MXD3高低表达组的Kaplan-Meier曲线。(下图)：MXD3表达与细胞毒性T细胞水平(CTL)的相关性。
有效MXD3抑制剂的鉴定
①鉴定MXD3是否可作为有效抗癌抑制剂。
②S764609和S764582与MXD3的分子对接。
结果：
下图A：50%生长抑制(IC50)浓度的MXD3信号轴强效抑制剂针对一组NCI癌细胞系。
下图B：MXD3信号轴的强抑制剂对NCI癌细胞系的剂量依赖性抗癌活性。
下图C：S764609和S764582与MXD3的分子对接曲线。
小结：
这项研究综合分析了MXD3的表达水平和遗传或表观遗传改变与TCGA不同癌症类型和亚型的肿瘤分期、转移、免疫浸润、免疫逃逸和药物敏感性的关系。研究还指出MXD3与临床疾病，尤其是与肿瘤之间的功能联系。结果表明MXD3的遗传改变和表观遗传修饰与不良预后相关。MXD3的致癌特征伴随着DBN1、RAB24、SLC34A1、PRELID1、LMAN2、F12、GRK6、RGS14、PRR7和PFN3的失调，并与磷脂转运和离子稳态有关。总的来说，这项研究表明MXD3可以作为癌症诊断、预后和治疗的生物标志物。
