基于血管生成相关基因的结直肠癌预后模型构建与临床验证研究

《BMC Cancer》：Development of a novel angiogenesis-associated gene model for prognosis prediction in colorectal cancer

本研究针对结直肠癌(CRC)预后评估和个体化治疗需求，通过生物信息学分析构建了包含FLT1、CXCL13等7个基因的血管生成相关预后模型。该模型能准确预测患者生存期，并与肿瘤微环境、免疫细胞浸润、肿瘤突变负荷(TMB)及药物敏感性显著相关，为CRC精准治疗提供了新策略。

　　

在全球癌症负担中，结直肠癌(Colorectal Cancer, CRC)位列第三大常见恶性肿瘤，同时是癌症相关死亡的第二大原因。尤其值得关注的是，中年人群的结直肠癌发病率和死亡率正呈现显著上升趋势。尽管手术治疗取得了长足进步，患者五年生存率仍徘徊在50%左右，而晚期结直肠癌的预后评估和免疫治疗方案选择更是临床面临的重大挑战。

目前临床实践中，肿瘤淋巴结转移状况是最常用的评估指标，但其在个体化治疗指导方面作用有限。血液肿瘤标志物研究多年，但总体效能不足。此外，临床病理特征（如血管侵犯、神经侵犯）和传统分子标志物（微卫星不稳定性[MSI]、KRAS、NRAS和BRAF突变状态）继续被用作预后工具和治疗决策参考。因此，迫切需要更先进的生物标志物能够将结直肠癌分层为分子特征不同的亚组，从而实现更准确的预后预测和治疗反应评估。

肿瘤微环境(Tumor Microenvironment, TME)调控着肿瘤生物学行为，并影响对不同治疗方式的反应。它主要由肿瘤细胞、浸润免疫细胞、基质细胞、血管、细胞因子和组织液等因素组成。其中，新生血管的存在是肿瘤微环境的标志性特征。血管生成(Angiogenesis)是指从现有血管生成新血管的过程，是肿瘤生长和转移不可或缺的因素。这一过程不仅为肿瘤生长和转移提供必需营养，还创造了免疫抑制生态位，使肿瘤能够实现免疫逃逸。血管生成相关基因的异常调控显著影响肿瘤的快速生长和治疗效果。

本研究基于公共数据库的结直肠癌基因表达数据，通过血管生成相关基因将结直肠癌分为不同的分子亚型，并评估了不同亚型与临床特征之间的关联。研究人员利用分子亚型间的差异基因，构建了基于七个预后相关基因的预测模型，能有效预测结直肠癌患者的生存情况。

关键技术方法

研究利用TCGA和GEO数据库中的GSE39582数据集获取RNA测序数据、体细胞突变和相关临床病理特征。从MSigDB中的Hallmark基因集获取36个血管生成相关基因。采用k-means算法进行分子亚型分类，通过一致性聚类分析确定最佳聚类数。使用LASSO回归和多因素COX回归构建预后模型，并通过ESTIMATE和CIBERSORT方法分析肿瘤微环境。临床样本验证包括21对新鲜结直肠癌组织和203对石蜡包埋病理切片，通过qPCR和免疫组化进行基因表达验证。

研究结果

血管生成相关基因在结直肠癌中的表达及亚型分类

通过分析1102个结直肠癌和正常组织的mRNA数据，发现25个差异表达基因，其中大多数在癌组织中表达升高。COX回归分析揭示了不同基因在结直肠癌中的相互调控作用及其与疾病预后的关联。

一致性聚类分析将结直肠癌样本分为A和B两个亚型，主成分分析(PCA)显示两个亚型间的转录组分布存在明显差异。生存分析表明两个亚型之间存在显著生存差异，且血管生成相关基因表达和临床病理特征也存在显著不同。

血管生成相关基因预测模型的构建与验证

通过LASSO回归和多因素COX回归分析，最终建立了基于七个基因(FLT1、CXCL13、RBP2、CXCL11、FSTL3、MMP12和HOXC6)的风险预测模型。

研究发现FLT1、FSTL3和HOXC6在高风险样本中表达较高，而CXCL13、RBP2、CXCL11和MMP12在低风险样本中表达较高。A亚型的风险评分显著高于B亚型。Kaplan-Meier分析显示训练集中高风险患者的生存时间明显低于低风险患者。时间依赖性受试者工作特征(ROC)曲线显示1年、3年和5年生存率的曲线下面积(AUC)分别为0.738、0.729和0.72。

风险评分与免疫浸润、TMB和MSI的关联评估

风险评分与M0巨噬细胞、M2巨噬细胞、调节性T细胞和中性粒细胞呈正相关，与B细胞、树突状细胞、滤泡辅助T细胞、活化记忆CD4⁺T细胞、CD8⁺T细胞和M1巨噬细胞呈负相关。

随着风险评分增加，免疫评分降低而基质评分升高。高风险评分与MSI-H(高度微卫星不稳定)模式相关，低风险评分与MSS(微卫星稳定)相关。低风险组的TMB低于高风险组，表明高风险结直肠癌可能对免疫治疗更敏感。

风险评分与药物敏感性的相关性

通过分析100多种药物的半抑制浓度(IC50)，发现低风险评分患者可能对吉非替尼、吉西他滨、顺铂、多柔比星和紫杉醇更敏感，而高风险评分患者可能对帕唑帕尼更敏感。

基因的mRNA和蛋白表达水平的临床验证

通过qPCR检测发现，FLT1的mRNA表达水平在结直肠癌中显著较高，而CXCL13的mRNA表达水平在癌旁组织中显著较高。

免疫组化分析显示，在I-IV期结直肠癌中，FLT1在癌组织中的表达高于癌旁组织，而CXCL13在癌组织中的表达低于癌旁组织，这些结果与公共数据库的分析结果一致。

研究结论与讨论

本研究定义了结直肠癌的血管生成相关分子亚型，并开发了一个包含七个基因(FLT1、CXCL13、RBP2、CXCL11、FSTL3、MMP12和HOXC6)的预后模型。该模型不仅能准确预测临床结局，还能指导潜在治疗策略选择。研究发现血管生成通过影响肿瘤微环境来调节肿瘤发生和进展，高风险评分与MSI-H模式和较高TMB相关，提示高风险结直肠癌患者可能从免疫治疗中获益更多。

在免疫浸润分析中，风险评分与Tregs(调节性T细胞)富集呈正相关，这与不良预后一致。血管生成因子可通过诱导病理性血管生成影响免疫系统并参与肿瘤发生和进展，因此靶向血管生成可能为结直肠癌提供新的免疫治疗策略。药物敏感性分析确定了高低风险组结直肠癌的潜在敏感治疗方法，这些药物与靶向血管生成相结合可能有助于缓解肿瘤耐药性并改善患者预后。

临床验证证实了FLT1和CXCL13在结直肠癌组织中的表达模式，与生物信息学分析结果一致。CXCL13作为微环境中的炎症因子，通过CXCL13-CXCR5信号轴影响多种癌症的发生发展，并通过PI3K/AKT通路促进结直肠癌细胞的存活、侵袭和迁移。FLT1作为酪氨酸激酶受体，在血管生成和巨噬细胞功能中起关键作用，其激活可促进特定肿瘤细胞的上皮-间质转化和侵袭表现。

该研究的局限性包括样本量有限可能影响模型的代表性和普适性，需要更大样本的前瞻性研究支持。此外，需要对这七个基因进行更多体外和体内试验，以深入了解血管生成相关模型与结直肠癌肿瘤微环境之间的关联，确认预后模型的效能并探索潜在的分子机制。

这项发表在《BMC Cancer》的研究为结直肠癌预后评估提供了新的生物标志物，通过整合血管生成特征、肿瘤微环境状态和药物敏感性分析，为临床判断疾病预后和个体化治疗提供了重要依据，代表了结直肠癌精准肿瘤学管理的重大进展。