基于单细胞RNA测序解析急性髓系白血病细胞分子特征及关键靶点发现

本研究针对急性髓系白血病（AML）高度异质性和治疗难度大的问题，通过单细胞RNA测序技术对5例AML患者和3例对照的骨髓样本进行深入分析。研究人员成功鉴定出9种细胞亚群，发现髓系细胞（Myelocyte）和前髓细胞（Pro-Myelocyte）在AML中比例显著异常，并筛选出ELANE、LTF、S100A12和SLPI四个关键基因。研究揭示了这些基因参与的免疫调控、代谢重编程等分子机制，为AML靶向治疗提供了新的理论依据和潜在治疗靶点。该成果对理解AML病理发展机制和开发新型治疗策略具有重要意义。

　　

急性髓系白血病（Acute Myeloid Leukemia, AML）作为造血系统最具侵袭性的恶性肿瘤之一，一直因高度异质性和复杂分子机制导致临床治疗效果不佳。尽管传统化疗和造血干细胞移植（Allo-HSCT）等手段不断改进，患者5年生存率仍低于40%，尤其老年患者预后极差。复发难治性AML（R/R-AML）的频繁发生，以及肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）中免疫细胞功能失调，均提示当前治疗策略面临巨大挑战。近年来，单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术的兴起为在高分辨率下解析肿瘤细胞异质性和微环境相互作用提供了全新途径。

在这一背景下，Li Zheng-fa（李正发）团队在《Cancer Cell International》发表了最新研究成果，通过对AML患者骨髓样本进行scRNA-seq分析，系统揭示了疾病特异性细胞亚群、关键基因及功能通路，为AML精准治疗提供了重要理论依据。

为开展本项研究，作者主要应用了以下关键技术方法：采集5例新诊断AML患者和3例健康对照的骨髓样本，使用10x Genomics Chromium单细胞平台构建scRNA-seq文库；利用Seurat软件包进行质控、标准化、批次校正和细胞聚类分析；通过SingleR软件与Human Primary Cell Atlas数据库比对完成细胞类型注释；采用Wilcoxon检验筛选差异细胞群和差异表达基因（DEGs）；使用clusterProfiler进行GO和KEGG富集分析；通过Cytoscape构建蛋白互作网络（PPI）并利用cytoHubba筛选核心基因；应用CellChat分析细胞间通讯网络；借助Monocle进行细胞轨迹推断；同时使用qPCR对外周血样本进行核心基因表达验证。

细胞群体鉴定与差异分析

研究共分析58,717个细胞，鉴定出9种细胞类型，包括共同髓系祖细胞（CMP）、粒细胞-巨噬细胞祖细胞（GMP）、G-CSF介导的造血干细胞（HSC_G-CSF）、单核细胞、髓系细胞、自然杀伤细胞（NK细胞）、CD34? B细胞前体、前髓细胞和T细胞。与对照组相比，AML组中CMP和GMP比例显著升高，而髓系细胞、前髓细胞和单核细胞比例下降。统计检验确认CMP、髓系细胞和前髓细胞为差异最显著的细胞群体。

差异表达基因与功能富集

在髓系细胞中识别出10个上调基因（如DEFA3、SLPI、S100A12等），前髓细胞中发现17个DEGs（包括PRTN3、ELANE等上调及MKI67、LTF等下调）。合并去重后获得26个DEGs。GO分析显示这些基因显著富集于体液免疫反应、白细胞迁移、髓系白细胞活化等生物学过程；KEGG分析提示它们主要参与金黄色葡萄球菌感染和中性粒细胞胞外诱捕网（Neutrophil Extracellular Trap Formation）通路。

核心基因筛选与调控网络

通过PPI网络和10种拓扑算法（包括Stress、Betweenness、MCC等）筛选出4个核心基因：ELANE（中性粒细胞弹性蛋白酶）、LTF（乳铁蛋白）、S100A12（钙粒蛋白A12）和SLPI（分泌性白细胞蛋白酶抑制剂）。进一步构建了包括miRNA–mRNA、lncRNA–miRNA–mRNA、TF–mRNA在内的多层调控网络，并预测了与这些基因相关的33种疾病和18种靶向药物（如甲氨蝶啶靶向S100A12、西维来司他靶向ELANE）。

关键细胞功能与代谢分析

ReactomeGSA分析显示，髓系细胞和前髓细胞中差异最显著的通路包括赫帕素（Hepoxilins, HX）和三氧素（Trioxilins, TrX）合成、羟基羧酸结合受体、线粒体ABC转运体及钾离子通道等。scMetabolism分析提示，AML中氨基酸糖/核苷酸糖代谢、叶酸生物合成、糖酵解/糖异生等代谢通路活性显著改变。CellChat分析发现CMP与HSC_G-CSF、髓系细胞与单核细胞间存在强烈的细胞通讯，主要经由ANXA1–FPR1、RETN–CAP1等配体-受体对介导。

细胞异质性与分化轨迹

髓系细胞被重新聚类为11个亚群，其中簇1（S100A12⁺）、簇4（VNN2⁺）、簇8（IFIT2⁺）和簇9（NAMPT⁺）在AML与对照组间比例差异显著；前髓细胞形成8个亚群，簇1（CFD⁺ ELANE⁺）比例在AML中明显下降。细胞轨迹分析显示，髓系细胞分化经历5个阶段，核心基因表达随分化进程动态变化。

本研究系统揭示了AML骨髓微环境中关键细胞群体的动态变化、核心基因的调控功能及其参与的免疫与代谢机制。其中，ELANE和LTF分别作为中性粒细胞活化和铁代谢的关键调控因子，S100A12和SLPI则涉及炎症反应和蛋白酶平衡调控，这些基因共同构成了AML疾病进展中的分子网络核心。它们的异常表达不仅影响细胞分化与凋亡，还可能通过改变肿瘤微环境促进白血病细胞免疫逃逸。

该研究的创新性在于整合scRNA-seq、生物信息学分析及实验验证，多维度解析AML的细胞与分子特征，为疾病分型、预后评估及靶向药物研发提供了重要依据。例如，针对S100A12的甲氨蝶呤、针对ELANE的西维来司他等已有药物可能成为AML治疗的新选择。此外，本研究提出的细胞亚群重新聚类方法及轨迹分析模型，为今后研究造血系统恶性肿瘤的异质性和进化机制提供了方法学参考。

总之，这项工作不仅深化了对AML病理机制的理解，而且为开发新的治疗策略奠定了坚实的理论基础，具有重要的科学意义和临床转化价值。