基于表观遗传相关基因的食管鳞癌预后模型构建及其免疫微环境调控机制研究

《Frontiers in Immunology》：Development and validation of a novel signature to predict the survival and affect the immune microenvironment of esophageal squamous cell carcinoma: epigenetic-related genes

本研究构建了包含13个表观遗传相关基因（ERGs）的食管鳞癌（ESCC）预后风险模型，通过多组学分析揭示了高风险患者免疫微环境特征（如CD8+ T细胞富集）及潜在治疗靶点（如IDO1、CD44），为ESCC精准治疗提供新策略。

　　

引言

食管癌（EC）是全球范围内最具侵袭性的恶性肿瘤之一，其发病率和死亡率分别位居第七和第六位。食管鳞癌（ESCC）作为主要组织学亚型，在中国等地区仍保持着高发病率和死亡率。尽管早期诊断技术和多模式治疗手段的进步使患者预后有所改善，但ESCC患者的5年总生存率仍仅为15%–20%。近年来，研究逐渐聚焦于ESCC发病机制的分子机制探索，尤其是表观遗传失调在肿瘤发生发展中的关键作用。表观遗传修饰（如DNA甲基化和组蛋白翻译后修饰）通过调控转录程序驱动恶性转化，已成为癌症的标志性特征之一。此外，表观遗传谱在预测免疫治疗反应方面显示出巨大潜力，表观遗传靶向药物作为免疫调节剂备受关注。本研究旨在通过构建表观遗传相关基因（ERGs）风险预测模型，系统探讨表观遗传改变对ESCC预后及免疫景观的影响。

材料与方法

本研究采用癌症基因组图谱（TCGA）的转录组数据作为训练队列，基因表达综合数据库（GEO）中的GSE53625数据集作为独立验证队列。从EpiFactors数据库中筛选出796个表观遗传调控基因（ERGs），并与TCGA-ESCC基因表达谱进行交集分析，识别ESCC相关ERGs。通过差异表达分析鉴定差异表达ERGs（DE-ERGs）。采用单变量Cox和LASSO回归分析构建预后风险模型，并通过风险分层曲线、生存状态分布图、风险评分热图、生存分析、ROC曲线和多变量Cox回归进行综合评估。进一步分析包括评估预后模型与临床特征的相关性及风险分层。为探究免疫微环境，进行了免疫细胞浸润相关性分析、单样本基因集富集分析（ssGSEA）和免疫检查点分析。同时开展药物敏感性分析以识别风险亚组间疗效差异的潜在治疗药物。最后，通过RT-qPCR验证关键预后ERGs的表达模式。

结果

差异表达分析共鉴定出345个ESCC中的DE-ERGs。通过单变量Cox回归和LASSO惩罚回归分析，建立了包含13个关键ERGs（PIWIL4、SATB1、GSE1、NCOR1、BUB1、SAP30L、CHEK1、MASTL、ATM、BMI1、DNAJC2、UBE2D1和SSRP1）的稳健预后标志物。该标志物的预后效能通过独立GEO数据集的多维评估得到证实。免疫学特征显示高风险患者中CD8⁺ T细胞、树突状细胞（DCs）和浆细胞样树突状细胞（pDCs）显著富集，同时伴有细胞溶解活性、HLA表达和MHC I类活性升高。此外，发现三个免疫检查点分子（TMIGD2、IDO1和CD44）在风险组间差异表达。药物敏感性分析鉴定出四种有前景的治疗化合物（PD-0325901、Bryostatin-1、ATRA和Roscovitine），具有ESCC治疗的潜在临床效用。通过RT-qPCR实验验证发现GSE1、NCOR1、BUB1、CHEK1、UBE2D1和SSRP1在ESCC细胞系中一致性过表达，而PIWIL4和ATM显著下调。

讨论

本研究建立的ERGs预后模型整合了13个在ESCC中具有预测效用的基因。根据核心生物学功能，这些DE-ERGs可分为四类功能类别：染色质重塑和转录调控因子（SATB1、NCOR1、SAP30L、BMI1和SSRP1）、细胞周期检查点和基因组完整性维护基因（BUB1、CHEK1、MASTL和ATM）、多能性和细胞命运决定调控因子（PIWIL4）以及多功能辅助调控因子（GSE1、DNAJC2和UBE2D1）。其中，SATB1、CHEK1、ATM和BMI1在ESCC发病机制中已有文献报道，而其余9个基因（PIWIL4、GSE1、NCOR1、BUB1、SAP30L、MASTL、DNAJC2、UBE2D1和SSRP1）作为新型贡献者，其潜在功能此前未在ESCC中阐明。综合分析表明这些基因不仅具有强大的预后生物标志物潜力，而且显著参与调节ESCC免疫微环境。表观遗传失调通过重塑肿瘤微环境（TME）的免疫景观，削弱抗肿瘤免疫力，加速恶性进展，并促进免疫治疗耐药。表观遗传机制通过调节TME中的特定免疫亚群促进免疫治疗耐药。因此，表观遗传药物与免疫疗法联合代表了一种新兴的肿瘤学策略。本研究鉴定的ERGs与免疫相关过程显著相关，表明这些ERGs可能通过调节肿瘤免疫微环境影响ESCC预后。免疫检查点分析显示IDO1、CD44和TMIGD2在风险分层中具有差异表达，这些分子在ESCC中作为预后生物标志物和有前景的免疫治疗靶点。药物敏感性分析鉴定的PD-0325901、Bryostatin-1、ATRA和Roscovitine在多种癌症中已建立机制，结合我们的风险分层敏感性结果，这些化合物有望成为ESCC靶向治疗开发的有希望的候选药物。

结论

本研究系统建立并验证了一个包含13个基因的DE-ERGs标志物，在ESCC中具有显著的预后价值。该模型为表观遗传失调与ESCC发病机制之间的相互作用提供了重要见解，同时提高了临床结局的预测准确性。此外，综合分析揭示了与风险分层相关的独特免疫微环境特征，强调了该标志物为免疫治疗策略提供信息的潜力。整合的药物基因组学分析确定了四种有希望的治疗药物，在风险亚组间显示出差异敏感性。这些发现为ESCC的靶向治疗开发开辟了新途径。本工作构成了该恶性肿瘤精准肿瘤学领域的显著进展，对预后评估和个性化治疗具有重要意义。未来这些结果的验证和临床转化可能会显著增强治疗决策并改善ESCC管理的结局。