基于单细胞干性分析揭示MDK-LRP1-ACTN1轴在膀胱癌新型分子分型及预后模型构建中的关键作用

《Cancer Cell International》：Single-cell stemness analysis highlights Midkine-LRP1 pathway and identifies new bladder cancer subtypes

本研究针对膀胱癌(BC)干细胞介导的肿瘤异质性和术后复发难题，通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术鉴定出91个干细胞簇特异性高表达基因，其中67个高表达与患者不良预后相关的高风险干性基因(HRSGs)。进一步利用CellChat分析发现MDK-LRP1轴是干细胞与上皮细胞间主要通讯通路，并筛选出31个关键HRSGs构建膀胱癌干性亚型(ST cluster)。基于此开发的预后风险模型在训练集和测试集中均显示优异预测效能(AUC>0.8)，蛋白界面分析首次揭示Midkine蛋白Cys104残基可能同时与LRP1和ACTN1相互作用。该研究为膀胱癌精准分型及靶向治疗提供新视角。

　　

膀胱癌是全球发病率排名前十的恶性肿瘤，其术后高复发率和治疗抵抗性一直是临床面临的严峻挑战。传统病理分型难以捕捉肿瘤内部的异质性，导致治疗方案缺乏针对性。越来越多的证据表明，肿瘤干细胞是驱动膀胱癌发生发展、转移复发的"罪魁祸首"。这些细胞具有自我更新和分化潜能，能够通过特定信号通路与肿瘤微环境中的其他细胞相互作用。然而，由于技术限制，以往研究难以精确解析膀胱癌干细胞的特异性分子特征及其细胞间通讯网络。

针对这一难题，来自温州医科大学和李达等团队的研究人员在《Cancer Cell International》发表了创新性研究。他们运用单细胞测序技术深入剖析膀胱癌组织的细胞组成，首次系统鉴定了肿瘤干细胞特异性表达基因谱，并构建了基于高风险干性基因的分子分型体系，为膀胱癌精准医疗提供了新的理论依据。

研究主要采用的技术方法包括：从GEO数据库获取7例膀胱癌患者的scRNA-seq数据(GSE135337)和TCGA数据库430例转录组数据；通过Seurat软件进行细胞分群和干细胞簇鉴定；利用CellChat分析细胞间通讯网络；采用ConsensusClusterPlus进行患者亚型分型；运用LASSO-Cox回归构建预后风险模型；通过HDOCK服务器进行蛋白质-蛋白质对接分析。

研究结果主要包括以下发现：

确定膀胱癌中的高风险干性基因

通过对20,204个单细胞的分析，研究人员成功识别出15种细胞亚型，其中组织干细胞簇通过91个特异性高表达基因与其他细胞类型区分。生存分析显示，其中67个基因的高表达与患者不良预后显著相关，被定义为高风险干性基因(HRSGs)。

鉴定干细胞主要通讯轴中的关键HRSGs

细胞通讯分析揭示MDK-LRP1轴是干细胞与上皮细胞间最重要的信号通路。进一步筛选出31个参与该通路的HRSGs，其中ACTN1、COL6A1等基因在网络中处于核心节点位置。这些基因在干细胞中表达水平显著高于其他细胞类型，且在高级别肿瘤中明显上调。

基于HRSGs的膀胱癌干性亚型分类

根据31个HRSGs的表达模式，将膀胱癌患者分为ST cluster A和B两个亚型。ST cluster B富含晚期(III-IV期)、高T分期(T_3-4)、淋巴结转移(N_1-3)患者，生存预后显著差于ST cluster A亚型。基因组变异分析显示HRSGs存在频繁的拷贝数变异和体细胞突变。

预后风险模型的建立与验证

通过差异表达基因筛选和多元Cox回归，构建包含关键基因的预后风险模型。该模型在训练集和测试集中均表现出优异的预测性能，1年、3年、5年AUC值分别达0.9以上。临床关联分析显示高风险组患者对免疫检查点抑制剂治疗反应率更低，且更倾向于富集在鳞状细胞样亚型。

通路富集与关键基因功能验证

基因集变异分析(GSVA)显示ST cluster B亚型中白细胞跨内皮迁移、细胞因子-细胞因子受体相互作用等通路显著激活。免疫浸润分析发现活化CD4⁺ T细胞、CD8⁺ T细胞等免疫细胞亚群比例异常。免疫组化验证ACTN1蛋白在膀胱癌组织中显著高表达，且与肿瘤进展正相关。

Midkine-LRP1-ACTN1相互作用的界面分析

蛋白质对接结果显示，Midkine与LRP1结合能为-186.02 kcal/mol，而LRP1-Midkine复合物与ACTN1结合能为-217.98 kcal/mol。特别值得注意的是，Midkine的Cys104残基与LRP1的His7残基形成氢键，同时与ACTN1的Lys157残基产生相互作用，提示该位点可能是三元复合物形成的关键界面。

这项研究的创新之处在于首次从单细胞水平系统解析了膀胱癌干细胞的分子特征，揭示了MDK-LRP1-ACTN1轴在肿瘤进展中的核心作用。所构建的干性亚型分型体系和预后模型为临床个体化治疗提供了新策略，而蛋白相互作用界面的发现则为靶向药物研发提供了潜在靶点。未来通过干预Midkine关键氨基酸残基，可能有望破坏干细胞通讯网络，从而抑制肿瘤复发和转移。

尽管该研究在生物信息学分析方面具有显著优势，但仍需进一步实验验证关键分子的功能机制。特别是通过基因敲除和点突变等技术，深入探讨Cys104位点在蛋白质相互作用中的具体功能，将为临床转化提供更坚实的理论基础。