食管鳞癌免疫调控新机制：关键转录因子重塑肿瘤微环境的作用解析

《Hormones & Cancer》：Identification and analysis of key transcription factors in esophageal squamous cell carcinoma

本研究针对食管鳞状细胞癌（ESCC）免疫治疗耐药难题，通过整合多组学数据与单细胞转录组分析，系统鉴定出7个关键转录因子（EZH2、FOS、KLF4、FOSB、TWIST1、KLF6、CEBPB）。研究发现这些因子通过调控免疫抑制细胞（Tregs、MDSCs）浸润和NK细胞活性影响肿瘤微环境（TME），其中EZH2、TWIST1、KLF4显示出卓越诊断价值（AUC分别达0.95/0.85/0.97）。该研究为ESCC免疫治疗靶点开发提供了新视角。

　　

在全球范围内，食管癌依然是癌症相关死亡的主要原因，其中食管鳞状细胞癌（ESCC）在东亚和中东地区尤为高发。尽管手术、化疗和放疗等治疗手段不断进步，但患者的预后仍然较差。近年来，免疫治疗为多种恶性肿瘤包括食管癌带来了希望，然而大多数患者会对免疫检查点抑制剂产生耐药性。肿瘤微环境（TME）在肿瘤发生和恶性进展中扮演着关键角色，其中包含的多种细胞类型及其相互作用构成了复杂的生态系统。转录因子（TFs）作为基因表达的关键调控者，在细胞分化、发育以及免疫应答等过程中发挥重要作用。尽管转录因子在肿瘤发展中的病理生理学角色已被确立，但它们在ESCC免疫治疗应答中的分子贡献仍不完全清楚。

为了深入探索转录因子在ESCC免疫调控中的作用，Chen等人开展了一项综合研究。研究人员从Gene Expression Omnibus（GEO）数据库获取了GSE20347（179例肿瘤样本，13例正常组织）和GSE38129（119对癌与癌旁组织）数据集的转录组谱，并从TTRUST数据库获取转录因子基因数据。通过差异表达分析结合TTRUST注释，他们鉴定出48个差异表达转录因子（DETFs）。随后利用STRING数据库构建蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络，并通过Cytoscape软件的Maximal Clique Centrality（MCC）算法筛选出7个核心转录因子。研究还采用单样本基因集富集分析（ssGSEA）评估TME细胞浸润情况，并通过ESTIMATE算法估算肿瘤纯度。此外，利用GSE196756单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据验证了核心转录因子在ESCC肿瘤微环境不同细胞群体中的表达模式。接收者操作特征（ROC）曲线分析和Kaplan-Meier生存分析则分别评估了这些核心因子的诊断价值和预后意义。

研究结果首先揭示了ESCC与正常组织间的转录因子差异表达谱。通过整合GSE20347和GSE38129数据集的分析，研究人员发现430个上调基因和459个下调基因，其中48个被鉴定为差异表达转录因子。基因本体（GO）富集分析显示这些转录因子显著富集于生物过程如脂肪细胞分化、附肢形态发生、肢体发育和内分泌系统发育，分子功能则主要涉及DNA结合转录激活活性、RNA聚合酶II特异性转录因子结合和转录辅调节因子结合。

在核心转录因子鉴定方面，PPI网络拓扑分析识别出7个关键调控因子：EZH2、FOS、KLF4、FOSB、TWIST1、KLF6和CEBPB。主成分分析显示这些基因能完全区分ESCC与正常组织的转录组。转录组分析表明，这7个调控基因在肿瘤组织中均显著过表达，其中CEBPB和FOS上调最为明显。Spearman相关分析进一步揭示了它们之间的协同关系：KLF4与FOS和KLF6呈现近乎完美的协同性，而EZH2与KLF4则显示强负相关，暗示存在补偿性转录网络。

关于TME浸润与免疫治疗相关性的分析显示，ESCC组织表现出CD56^bright自然杀伤细胞、自然杀伤T细胞、γδ T细胞、调节性T细胞（Tregs）、巨噬细胞等多种免疫细胞群体的显著富集。上调转录因子EZH2、TWIST1和CEBPB与活化树突状细胞、记忆B细胞、单核细胞、Th1细胞、NKT细胞、γδ T细胞、Tregs等多个免疫效应群体呈正相关，而下调因子FOSB、KLF4、FOS和KLF6则与这些群体呈负相关。在免疫检查点表达方面，EZH2、TWIST1和CEBPB与TNFRSF4、CD244、CD160、TNFRSF14、CD48、PD-1、PD-L2、HHLA2和LAIR1等检查点分子呈显著负相关。

诊断和预后分析表明，这些核心基因显示出卓越的诊断效能：EZH2曲线下面积（AUC）为0.95，KLF4为0.97，TWIST1为0.85，CEBPB为0.84，FOS为0.84，KLF6为0.84，FOSB为0.79。生存分析进一步显示，低KLF6表达、低FOS表达和高TWIST1表达的ESCC患者疾病特异性生存期显著延长。

单细胞RNA测序分析验证了核心基因的表达模式，并阐明了它们在ESCC肿瘤微环境中的转录调控机制。研究识别出13种明确的谱系标记，B细胞、CD8⁺T细胞、CD4⁺T细胞、造血干细胞、单核细胞和粒细胞为主要细胞群体。聚类特异性表达谱进一步揭示了核心基因在不同细胞亚群中的异质性分布。

研究结论部分强调，这项研究系统性地鉴定了7个调控ESCC微环境中免疫细胞浸润动态的关键转录因子。Krüppel样因子（KLFs）家族成员KLF4和KLF6被证实通过直接调节肿瘤免疫微环境显著影响ESCC的发生和发展。EZH2作为Polycomb抑制复合物2（PRC2）的催化亚基，不仅显示出卓越的诊断价值，还通过调节髓源性抑制细胞（MDSCs）浸润影响抗肿瘤免疫。CEBPs家族成员CEBPB的表达升高可能与ESCC肿瘤免疫微环境的形成有关。TWIST1作为碱性螺旋-环-螺旋（bHLH）转录因子，通过趋化因子介导的免疫抑制细胞招募和免疫检查点分子诱导促进肿瘤微环境中的免疫抑制。Fos蛋白家族成员（c-Fos、FosB、Fra-1、Fra-2）除参与癌变过程外，还在免疫调节中发挥作用。

研究的局限性包括缺乏功能验证实验，如染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）验证TF-DNA结合、基于CRISPR的靶点扰动或体内免疫共培养模型；回顾性公共数据库分析可能引入选择偏差；未考虑的混杂变量可能影响基因表达模式。未来工作应优先通过转录因子敲除/过表达研究对KLF4/EZH2等关键调控因子进行功能探索，在具有全面临床注释的不同队列中进行前瞻性验证，并采用整合多组学方法进一步阐明ESCC生态系统中背景特异性的转录因子功能。

总体而言，这项研究不仅建立了这些转录调控因子的预后意义，还通过单细胞RNA测序分析验证了它们在肿瘤异质性中的表达模式，为开发ESCC精准免疫治疗策略提供了理论基础。对这些转录调控因子的进一步机制研究将阐明肿瘤微环境组成的空间异质性和功能复杂性，最终为ESCC管理的精准免疫治疗策略开发提供信息。