基于铜死亡相关基因构建新型宫颈癌微环境、预后及治疗反应预测模型

本综述系统探讨了铜死亡（cuproptosis）相关基因在宫颈癌中的作用机制及其临床应用价值。研究通过整合TCGA、GEO等公共数据库的334例样本数据，结合生物信息学分析和实验验证，构建了基于6个铜死亡相关基因（CRGs）的预后预测模型，并进一步通过差异表达基因（DEGs）评分系统揭示了其与肿瘤微环境、免疫治疗敏感性及化疗反应的相关性。关键发现包括FOXJ1通过调控铜死亡抑制宫颈癌细胞增殖、迁移和侵袭，表明靶向铜死亡通路可能为宫颈癌个性化治疗提供新策略。

　　

1 引言

宫颈癌是全球女性第四大死亡原因，人乳头瘤病毒（HPV）感染是其主要诱因。尽管HPV疫苗降低了发病率，但对已感染患者效果有限。晚期患者易发生复发转移，且对化疗和免疫治疗易产生耐受，预后较差。铜离子作为人体必需微量元素，参与多种生理过程，其代谢异常可导致细胞毒性应激和死亡。铜死亡（cuproptosis）是一种新型细胞死亡方式，不同于凋亡、铁死亡和自噬。该过程涉及铜离子与三羧酸（TCA）循环中酰化组分直接结合，导致线粒体脂蛋白聚集和铁硫簇蛋白丢失，引发蛋白毒性应激。铜死亡与细胞内铜离子积累和线粒体代谢密切相关，且在多种恶性肿瘤中发挥重要作用。本研究通过整合多数据库资源，构建铜死亡相关基因签名，旨在揭示其在宫颈癌预后预测、微环境调控及治疗反应中的价值。

2 材料与方法

研究从TCGA和GEO数据库获取334例宫颈癌患者数据，使用R语言进行生物信息学分析。通过共识聚类分析将患者分为Cluster A和Cluster B亚型，并利用Kaplan-Meier和Cox回归构建预后模型。差异表达基因（DEGs）分析筛选出11个关键基因，进一步建立DEG评分系统。实验验证部分选用HeLa和SiHa细胞系，通过过表达FOXJ1基因，采用CCK-8、EdU、克隆形成和Transwell实验评估细胞增殖、迁移和侵袭能力。Western blotting检测蛋白表达变化，包括上皮间质转化（EMT）标志物（N-cadherin、Vimentin、Snail）及铜死亡相关蛋白（LIAS、LIP-DLAT）。铜螯合剂四硫钼酸铵（TTM）用于逆转实验。

3 结果

3.1 基于铜死亡相关基因的宫颈癌患者聚类

通过共识聚类分析，基于6个铜死亡相关基因（PRND、CCDC22、PDHA1、APP、ARF1、AQP1）将患者分为Cluster A和Cluster B。生存分析显示Cluster B患者预后显著优于Cluster A（p=0.027）。除APP外，其余基因在Cluster B中高表达。免疫微环境分析表明Cluster B具有更高的免疫评分、基质评分和ESTIMATE评分，提示肿瘤纯度较低且免疫细胞浸润更显著。

3.2 铜死亡参与宫颈癌多种生物学过程

GSVA通路富集分析显示，铜死亡与低氧、胆固醇稳态和葡萄糖代谢呈负相关，与唾液酸代谢正相关。同时，铜死亡与有丝分裂纺锤体、细胞周期、TGF-β和TNF-α信号通路负相关，而与E2F、MYC靶基因、MTORC1、EGFR和SMAD信号分子密切相关，表明其广泛参与宫颈癌的生物学调控。

3.3 基于差异基因分析的基因簇建立

筛选出61个差异表达基因（DEGs），其中11个与预后显著相关（CCL19、RAMP3、GABRP、PTGDS、ACKR1、FOXJ1、IGJ、APOD、MZB1、CA2、AQP1）。GO和KEGG分析显示DEGs主要富集于皮肤发育、细胞外基质组成、细胞因子-受体相互作用及NF-κB信号通路。基于11个DEGs构建的基因簇分型显示，基因Cluster B患者具有更早的T分期和临床分期，淋巴结转移率低，生存率更高。

3.4 铜死亡相关DEGs的基因组变异

拷贝数变异（CNV）和单核苷酸变异（SNV）分析显示，ACKR1、APOD和GABRP突变频率最高。CA2和FOXJ1的CNV与mRNA表达呈正相关（p<0.05），而多数基因的甲基化水平与mRNA表达负相关（GABRP和FOXJ1最显著）。

3.5 DEG评分与临床特征的关系

DEG评分系统将患者分为高分组和低分组。高分组患者预后更好，免疫细胞浸润（如活化B细胞、自然杀伤细胞、树突状细胞）更显著，且与早期WHO分期、T1-T2分期及高生存率正相关。Sankey图进一步证实评分系统与预后的关联性。

3.6 DEG评分与肿瘤免疫微环境的关系

高DEG评分组细胞因子和受体（如CCL、CCR、CXCL、CXCR、IL家族）表达模式显著不同，且免疫检查点CTLA4、PDCD1、TIGIT表达上调，CD274（PD-L1）表达下调。通路相关性分析显示评分与胆汁酸代谢、KRAS信号激活正相关，与MTORC1信号、低氧、PI3K-AKT-MTOR通路负相关。

3.7 DEG评分与免疫治疗及化疗敏感性的关联

在肾细胞癌（Checkmate KIRC）、非小细胞肺癌（GSE135222）和转移性尿路上皮癌（GSE176307）数据中，低评分患者对免疫检查点抑制剂（如nivolumab）反应更佳，生存率更高。化疗敏感性分析显示，高评分患者对A.443654（Akt抑制剂）、AUY922（HSP90抑制剂）等更敏感，而对ABT.263（navitoclax）、ABT.888（veliparib）等耐药。

3.8 FOXJ1通过调控铜死亡抑制宫颈癌细胞恶性行为

过表达FOXJ1显著抑制HeLa和SiHa细胞增殖、克隆形成、迁移和侵袭，并下调EMT标志物表达。Western blotting显示FOXJ1降低铜死亡关键蛋白LIAS和LIP-DLAT表达，且TTM处理可逆转上述效应，证实FOXJ1通过促进铜死亡抑制肿瘤进展。

4 讨论

铜离子稳态失衡与多种疾病相关，宫颈癌患者血清铜水平显著升高。本研究构建的铜死亡相关基因签名及DEG评分系统，能有效预测患者预后、肿瘤分期、免疫微环境特征及治疗反应。FOXJ1作为关键调控因子，通过诱导铜死亡抑制肿瘤恶性表型，为靶向治疗提供新思路。局限性包括回顾性数据来源单一、样本量有限及机制探索不足，需未来多中心前瞻性研究和体内外实验验证。

5 结论

铜死亡相关基因签名是宫颈癌预后预测和治疗指导的有力工具。其与肿瘤微环境、免疫治疗敏感性及化疗反应的关联性，为个性化治疗策略制定提供了理论基础。FOXJ1调控的铜死亡通路可能成为新型治疗靶点，有望改善宫颈癌患者分层和预后管理。