Badanie to zostało zatwierdzone przez Instytucjonalną Komisję Rewizyjną Drugiego Szpitala Afiliacyjnego Uniwersytetu w Nanchang (CDEFYYLK 3-05). Przed pobraniem próbek od wszystkich pacjentów uzyskano pisemną świadomą zgodę, zgodnie z Deklaracją Helsińską. Surowe dane zostały wyeksportowane i przeanalizowane przy użyciu oprogramowania oraz zasobów sieciowych wymienionych w Tabeli materiałów.
Pobieranie tkanek klinicznych
Pobrano pary tkanek guza i dopasowanych do nich odległych tkanek płuc prawidłowych od pacjentów poddanych resekcji chirurgicznej między styczniem a czerwcem 2024 roku, u których rozpoznano patomorfologicznie inwazyjnego gruczolakoraka płuca. Próbki zostały pobrane przez chirurga operującego, poddane obróbce w ciągu 5 min od resekcji, natychmiast zamrożone w ciekłym azocie i przechowywane do czasu analizy. Zanonimizowana charakterystyka kliniczno-patologiczna została przedstawiona w Tabele uzupełniającej 1.
Wewnętrzna ekstrakcyjna spektrometria mas z jonizacją przez elektrorozpylanie (iEESI-MS) w celu odróżnienia LUAD od prawidłowych tkanek płuc
Próbki tkanek (1 mm3) analizowano metodą iEESI-MS, wykorzystując hybrydowy masowy spektrometr z pułapką liniową jonów i orbitalną pułapką elektrostatyczną w trybie jonów dodatnich. Rozpuszczalnik do ekstrakcji (metanol 100%) podawano z przepływem 3,0 µL/min przy napięciu polaryzującym +5 kV. Zakres skanowania iEESI-MS1 wynosił m/z 50–2,000. W iEESI-MS2 zastosowano dysocjację indukowaną zderzeniem z znormalizowaną energią kolizyjną 25–35%, oknem izolacji m/z 2,0 oraz czasem wykluczania dynamicznego 30 s. Codzienna kalibracja zewnętrzna zgodnie ze standardową procedurą instrumentu pozwoliła utrzymać błąd masy <5 ppm. Po normalizacji do mediany, transformacji log₂ oraz autoskalowaniu przeprowadzono analizę OPLS-DA z 200 testami permutacji. Metabolity przypisano na podstawie bazy HMDB, a analizę wzbogacenia szlaków metabolicznych wykonano z wykorzystaniem adnotacji KEGG.
Przetwarzanie danych spektrometrii mas i identyfikacja metabolitów
Surowe dane MS znormalizowano metodą normalizacji medianowej, po której zastosowano transformację log₂ oraz aut skalowanie (centrowanie średniej i dzielenie przez odchylenie standardowe każdej zmiennej). Do identyfikacji różnicujących cech m/z wykorzystano ortogonalną analizę dyskryminacyjną cząstkowych najmniejszych kwadratów (OPLS-DA). Cechy uznano za różnicujące, gdy VIP > 1.0, |log₂(FC)| > 0.58 oraz p < 0.05. Cechy różnicujące poddano analizie MS2 i zinterpretowano z wykorzystaniem Human Metabolome Database. Następnie przeprowadzono analizę wzbogacenia szlaków w oparciu o bazę KEGG, aby zidentyfikować zmienione szlaki i wytypować istotne dla nich enzymy. Adnotacje zidentyfikowanych metabolitów różnicujących znajdują się w Tabe li Załącznikowej 2.
Analizy ekspresji SHMT2, przeżywalności oraz powiązań kliniczno-patologicznych w oparciu o TCGA
Profile ekspresji RNA-seq i odpowiadające im adnotacje kliniczne dla TCGA-LUAD zostały pobrane z Genomic Data Commons w dniu 18 grudnia 2025 r.; guzy (n = 542) i tkanki prawidłowe (n = 59). Wartości liczby fragmentów na kilobaza transkryptu na milion zmapowanych odczytów (FPKM) przekształcono jako log2(FPKM + 1). W analizy prognostyczne włączono wyłącznie próbki z pełnymi informacjami dotyczącymi przeżywalności. Wartości ekspresji SHMT2 w guzach i tkankach prawidłowych porównano za pomocą testu sum rang Wilcoxona. Pacjentów podzielono na grupy z wysoką i niską ekspresją SHMT2 w oparciu o medianę wartości ekspresji. Przeżywalność całkowitą oceniono za pomocą analizy Kaplan-Meiera i testu log-rank. Powiązania ze stopniem zaawansowania TNM (tumor-node-metastasis), wiekiem i płcią oceniano za pomocą testów chi-kwadrat lub testów Wilcoxona, w zależności od potrzeb. Dla przeżywalności 1-, 3- i 5-letniej wygenerowano zależne od czasu krzywe charakterystyki operacyjnej odbiornika (ROC). Wszystkie testy statystyczne były dwustronne.
Analiza różnicowej ekspresji i wzbogacenia funkcjonalnego (GO/KEGG)
Geny o różnym poziomie ekspresji (DEG) pomiędzy grupami z wysokim i niskim poziomem SHMT2 zidentyfikowano przy użyciu współczynnika fałszywych odkryć (FDR). < 0,05 oraz |log₂(FC)| ≥ 1. Wyniki przedstawiono w formie wykresu wulkanicznego (volcano plot) oraz mapy ciepła (heatmap) dla 40 najważniejszych DEG z normalizacją z-score w wierszach. W analizach wzbogacenia Gene Ontology (GO) i KEGG zastosowano skorygowaną p < 0.05. Adnotacje genów ludzkich pobrano z bazy Ensembl w grudniu 2025 r.
Infiltracja immunologiczna, przewidywanie odpowiedzi na immunoterapię i wnioskowanie o wrażliwości na leki
Wyniki mikrośrodowiska guza, w tym ImmuneScore, StromalScore i ESTIMATEScore, obliczono przy użyciu narzędzia ESTIMATE. Skład komórek odpornościowych wywnioskowano za pomocą CIBERSORT z wykorzystaniem zestawu referencyjnego LM22 (pobranego 5 grudnia 2025 r.), 1 000 permutacji oraz zachowaniem próbek z dekonwolucją p < 0,05. Porównania między grupami przeprowadzono pomiędzy guzy z wysokim i niskim poziomem SHMT2. Korelacje Spearmana między SHMT2 a genami związanymi z punktami kontrolnymi odporności zwizualizowano w formie macierzy korelacji. Immunophenoscores pobrano z TCIA, a narzędzia TIDE użyto do uzupełniającej prognozy odpowiedzi na immunoterapię. Wrażliwość na leki wywnioskowano za pomocą oncoPredict, wytrenowanego na wydaniu GDSC z grudnia 2023 r., w celu oszacowania wartości IC50. Do analizy różnic między grupami zastosowano testy Wilcoxona, a w przypadku zależności ciągłych wykorzystano korelacje Spearmana.
Analiza scRNA-seq w przypadku LUAD
Dane transkryptomiczne z pojedynczych komórek19 pobrano z bazy Gene Expression Omnibus 20 grudnia 2025 r. i poddano analizie. Zachowano komórki z liczbą wykrytych cech w zakresie 200–6 000 oraz zawartością transkryptów mitochondrialnych < 10%. Liczbę odczytów znormalizowano przy użyciu metody LogNormalize z czynnikiem skalującym 10 000; wybrano 2 000 najbardziej zmiennych genów, a następnie wszystkie geny przeskalowano. Do analizy głównych składowych wykorzystano 20 pierwszych komponentów, do UMAP wymiary 1–20, a do klastrowania przyjęto rozdzielczość 0,5. Typy komórek przypisano na podstawie referencyjnego atlasu Human Primary Cell Atlas. Porównano proporcje typów komórek między próbkami nowotworowymi a prawidłowymi i wygenerowano macierze korelacji Spearmana. Zbadano rozkład SHMT2 w przypisanych typach komórek. Stany cyklu komórkowego wywnioskowano przy użyciu narzędzia cyclone i zwizualizowano za pomocą wykresów grzbietowych (ridge plots).
Hodowla komórkowa
Komórki BEAS-2B, H1299 i A549 hodowano w temperaturze 37 °C w inkubatorze z nawilżeniem, przy ustawieniu 5% CO2 i około 95% wilgotności względnej, wykorzystując pożywki i suplementy określone w Tabeli materiałów.
Ilościowa odczynna polimerazy w czasie rzeczywistym z odwrotną transkrypcją (RT-qPCR)
Całkowity RNA wyekstrahowano przy użyciu odczynnika do ekstrakcji RNA na bazie fenolu. Wyekstrahowany RNA poddano odwrotnej transkrypcji do cDNA z zastosowaniem gotowej mieszaniny do odwrotnej transkrypcji (master mix). Odwrotną transkrypcję przeprowadzono w 20 µL system z usuwaniem genomowego DNA w 42 °C przez 2 min, odwrotna transkrypcja w temperaturze 50 °C przez 15 min, a następnie przerwanie reakcji w temperaturze 85 °C przez 5 s. Ilościową PCR przeprowadzono z użyciem master mixu do qPCR opartego na barwniku wiążącym DNA w systemie PCR w czasie rzeczywistym, wykorzystując 95 °C przez 3 min, a następnie 40 cykli 95 °C przez 10 s i 60 °C przez 30 s, a następnie etap krzywej topnienia o 95 °C przez 15 s, 60 °C przez 60 s, a następnie 95 °C przez 15 s. Wszystkie reakcje przeprowadzono w trzech powtórzeniach. Względną ekspresję obliczono przy użyciu metody 2-−ΔΔCt metoda z użyciem GAPDH jako genu referencyjnego. Roztwory zapasowe starterów przygotowano w 10 µM w wodzie dwukrotnie destylowanej i przechowywano w temperaturze -20 °C w ciemności. Sekwencje starterów podano w Tabela uzupełniająca 3.
Western blotting
Całkowite białko komórkowe wyekstrahowano przy użyciu buforu do radioimmunoprecypitacji na lodzie przez 30 min, a następnie odwirowano przy 12,000 x g przez 15 min w temperaturze 4 °C. Białka rozdzielono za pomocą 12% elektroforezy w żelu poliakryloamidowym z dodecylosiarczanem sodu i przeniesiono na membrany z polifluorku winylidenu o wielkości porów 0.22 µm. Membrany blokowano 5% (w/v) odtłuszczonym mlekiem w soli buforowanej trisfosforanem z dodatkiem 0,1% Tween 20 (TBST) przez 2 h w temperaturze pokojowej, a następnie inkubowano przez noc w 4 °C z przeciwciałami pierwszorzędowymi anty-SHMT2 (1:1,000) i anty-GAPDH (1:2,000) rozcieńczonymi w 5% odtłuszczonym mleku-TBST. Po trzech 8-minutowych przemyciach buforem TBST (20 mM Tris-HCl, 150 mM NaCl, 0,1% Tween-20), membrany inkubowano z przeciwciałami wtórnymi sprzężonymi z peroksydazą chrzanową (1:5,000) przez 1 h w temperaturze pokojowej. Sygnały rozwinięto przy użyciu substratu do wzmocnionej chemiluminescencji, przygotowanego poprzez zmieszanie równych objętości roztworów A i B, inkubowano przez 2 min w temperaturze pokojowej w ciemności i zarejestrowano za pomocą systemu obrazowania chemiluminescencyjnego.
Walidacja immunohistochemii HPA
Wzorce ekspresji białka SHMT2 w prawidłowej tkance płuc oraz w LUAD oceniono z wykorzystaniem bazy HPA. W bazie HPA wyszukano frazę „SHMT2”, a następnie pobrano reprezentatywne obrazy immunohistochemiczne (IHC) oraz powiązane z nimi adnotacje patologiczne do celów porównawczych. Aby zminimalizować błąd wynikający ze specyficzności przeciwciał, priorytetowo potraktowano przeciwciała o wyższym stopniu walidacji w HPA. W przypadkach dostępności, wyniki IHC uzyskane przy użyciu wielu przeciwciał zostały zestawione (HPA020543 i HPA020549).
Wyciszenie genu SHMT2 w komórkach LUAD
Aby zbadać wewnątrzkomórkową rolę SHMT2 w komórkach guza w przypadku LUAD, przeprowadzono wyciszenie SHMT2 w komórkach H1299 i A549 przy użyciu shRNA. shRNA był przenoszony przez lentiwirusowy wektor z selekcją puromycynową pod kontrolą promotora H1; podczas produkcji wirusa współtransfekowano plazmidy pakujące. sh-SHMT2 celował w kodującą region SHMT2 u ludzi, natomiast sh-NC stanowił scramblowaną kontrolę negatywną. Przygotowane zapasy wirusa miały miano ≥ 1 x 108 jednostek transdukcyjnych/mL i były przechowywane w temperaturze -80 °C. Komórki zainfekowano przygotowanymi cząstkami lentiwirusowymi sh-SHMT2 lub sh-NC opisanymi w Tabeli Materiałów. Po 48 h wydajność wyciszenia oceniono za pomocą RT-qPCR oraz western blottingu. Do testów proliferacji, migracji i tworzenia kolonii wykorzystano wyłącznie komórki z potwierdzonym wyciszeniem SHMT2.
Test proliferacji komórek
Proliferację komórek oceniono za pomocą testu CCK-8. Transfekowane komórki H1299 i A549 wysiano do płytek 96-dołkowych w zagęszczeniu 5 x 103 komórek na dołek, w sześciu powtórzeniach. W dniach 1, 2, 3, 4 i 5 do każdego dołka dodano 10 µL odczynnika CCK-8 (10% objętości pożywki hodowlanej) i inkubowano przez 2 h w temperaturze 37 °C. Absorbancję mierzono przy 450 nm i wykorzystano ją jako odczyt żywotności komórek.
Test gojenia ran
Migrację komórek oceniono za pomocą testu gojenia ran (wound-healing assay). Transfekowane komórki H1299 i A549 wysiano do płytek 6-dołkowych i hodowano do osiągnięcia 90–95% konfluencji. Za pomocą sterylnej końcówki pipety 200 µL wykonano liniowe zadrapanie, a oderwane komórki usunięto poprzez delikatne przemycie roztworem soli fizjologicznej z buforem fosforanowym (PBS). Następnie komórki utrzymywano w medium bezzsrytkowym lub z niską zawartością surowicy, a obszar rany obrazowano w 0 h i 24 h pod mikroskopem odwróconym. Stopień zamknięcia rany określono ilościowo przy użyciu oprogramowania do analizy obrazów wymienionego w Tabeli Materiałów i obliczono jako procentową redukcję powierzchni w stosunku do początkowego obszaru rany.
Test tworzenia kolonii
Do analizy tworzenia kolonii, transfektowane komórki H1299 i A549 wysiano do płytek 6-dołkowych w liczbie 800 komórek na dołek i hodowano przez około 10–14 dni, aż do powstania widocznych kolonii, monitorując proces pod mikroskopem. Kolonie utrwalono 4% paraformaldehydem przez 30 min w temperaturze pokojowej i barwiono 0,1% fioletem krystalicznym przez 15 min w temperaturze pokojowej. Pod mikroskopem świetlnym policzono kolonie składające się z więcej niż 50 komórek.
Analiza statystyczna dla eksperymentów in vitro
Wszystkie eksperymenty in vitro przeprowadzono niezależnie co najmniej trzy razy. Dane przedstawiono jako średnia ± odchylenie standardowe. Do porównań dwóch grup zastosowano test t Studenta, a wartość p < 0,05 uznano za istotną statystycznie.