线粒体超氧化物歧化酶SOD2调控卵巢癌多细胞聚集体转录组图谱及其促转移与免疫信号关联研究

本研究针对卵巢癌细胞在转移过程中通过上调线粒体抗氧化系统（特别是SOD2）来抵抗失巢凋亡的关键科学问题，系统分析了SOD2在OVCA433卵巢癌细胞多细胞聚集体（MCA）模型中的转录组学特征。研究发现SOD2作为PI3K/AKT等促转移通路的上游调控因子，在MCA条件下更显著地影响细胞因子和免疫信号通路，且SOD2表达与TCGA数据库中浆液性卵巢癌的促肿瘤免疫特征（如中性粒细胞、Treg细胞）密切相关，为理解SOD2在肿瘤免疫微环境调控中的作用提供了新视角。

　　

在卵巢癌的转移过程中，肿瘤细胞面临着严峻的生存挑战。当它们从原发灶脱离，在腹腔恶性腹水中以多细胞聚集体（Multicellular Aggregates, MCA）的形式漂浮时，必须逃避一种称为失巢凋亡（anoikis）的细胞死亡程序。为了生存下来并成功定植到新的部位，这些细胞会启动一系列适应性反应。其中，线粒体抗氧化防御系统的上调，特别是线粒体锰超氧化物歧化酶（Manganese Superoxide Dismutase, SOD2）的表达增加，被认为是癌细胞抵抗氧化应激、促进转移的关键策略之一。SOD2负责将线粒体中产生的超氧阴离子（O₂^•?）转化为过氧化氢（H₂O₂），这一过程不仅清除了有害的超氧化物，维持了线粒体功能，其产物H₂O₂还可能作为信号分子参与调控多种促生存和促转移通路。然而，SOD2在卵巢癌转移过程中，特别是在模拟体内悬浮状态的MCA模型中，如何系统性调控下游的基因表达网络，以及这些转录组变化与临床患者肿瘤特征的关联，仍有待深入阐明。这项发表在《Advances in Redox Research》上的研究，旨在绘制SOD2下游的转录组学图谱，揭示其在卵巢癌转移中的核心作用。

为了回答上述问题，研究人员主要采用了以下几种关键技术方法：利用小干扰RNA（siRNA）技术在OVCA433卵巢癌细胞中敲低SOD2及其调控因子SIRT3（Sirtuin 3）的表达；分别使用标准贴壁培养板和超低吸附（Ultra-low attachment, ULA）板培养细胞，以建立贴壁（2D）和多细胞聚集体（3D MCA）两种模型，模拟不同生长状态；通过RNA测序（RNA-seq）技术全面分析基因表达变化；使用Ingenuity Pathway Analysis（IPA）软件进行信号通路、代谢通路和Reactome通路富集分析；利用癌症基因组图谱（The Cancer Genome Atlas, TCGA）中300例浆液性卵巢癌患者的RNA测序数据，分析SOD2表达与免疫细胞特征等的相关性；并借助Timer2.0、CIBERSORT等生物信息学工具以及肿瘤免疫单细胞中心（Tumor Immune Single Cell Hub 2, TISCH2）数据库中的单细胞RNA测序数据，深入探究SOD2表达与肿瘤微环境中免疫细胞浸润的关联。

SOD2敲低在贴壁和MCA培养条件下导致共同和不同的转录组变化

研究人员首先在OVCA433细胞中成功敲低SOD2，并在贴壁（2D）和MCA（3D）条件下培养24小时后进行RNA测序。结果显示，SOD2敲低在2D和3D条件下分别导致894和612个显著差异表达基因（DEGs），其中下调基因占多数，表明SOD2主要起正向转录调控作用。通路分析发现，PI3K/AKT、ERK/MAPK等促转移通路在两种条件下均因SOD2敲低而受到抑制。然而，MCA条件下，细胞因子和免疫相关通路（如IL-8信号、中性粒细胞脱颗粒）的富集更为显著。此外，与细胞迁移和细胞骨架重组相关的RHO GTP酶循环通路在贴壁条件下受影响更明显，而与肿瘤微环境塑造相关的鞘蛋白水解酶（sheddase）通路则在MCA中更显著地下调。这些结果表明SOD2的转录调控功能具有情境依赖性。

SOD2敲低导致贴壁和MCA培养中情境依赖性的代谢通路转录改变

代谢通路分析揭示，肌醇磷酸信号网络是SOD2在2D和3D条件下共同调控的关键代谢枢纽，该网络与PI3K/AKT信号激活密切相关。在贴壁条件下，SOD2敲低还特异性地影响了吡哆醛5'-磷酸（PLP）补救途径和嘧啶核糖核苷酸补救途径，这些通路与细胞增殖所需的辅因子和核苷酸回收有关。相反，胆固醇生物合成等脂质代谢通路在贴壁条件下因SOD2敲低而上调，但在MCA中未见类似变化，突出了SOD2代谢调控的情境特异性。

SIRT3敲低对MCA转录组的影响较小

由于SIRT3是SOD2活性的重要调控因子，研究人员也敲低了SIRT3。然而，与SOD2敲低相比，SIRT3敲低引起的转录组变化非常有限，仅部分重叠（如FOXO3和ELF4转录因子的下调），且未能完全复现SOD2敲低的广泛效应，提示SOD2的转录调控功能可能不完全依赖于SIRT3介导的去乙酰化修饰。

患者肿瘤中SOD2表达与MCA中SOD2敲低所识别的免疫特征相关

为了评估实验发现的临床相关性，研究人员分析了TCGA数据。结果显示，SOD2高表达的卵巢癌肿瘤与中性粒细胞脱颗粒等免疫信号通路显著相关。更重要的是，在MCA模型中受SOD2调控的中性粒细胞脱颗粒通路中的基因，其表达与TCGA患者肿瘤中的SOD2表达呈显著正相关。进一步的免疫浸润分析表明，SOD2高表达肿瘤与中性粒细胞、调节性T细胞（Treg）、巨噬细胞和髓系树突状细胞等具有促肿瘤作用的免疫细胞浸润显著相关，并且与免疫抑制分子PD-L1和PD-1的表达呈正相关。单细胞RNA测序数据分析表明，SOD2主要在恶性细胞、单核/巨噬细胞、成纤维细胞和内皮细胞中表达，提示肿瘤细胞固有的SOD2表达可能通过调控细胞因子等影响免疫微环境的组成。

本研究通过系统的转录组学分析，揭示了SOD2作为卵巢癌细胞中关键转录调控因子的重要作用，特别是在模拟转移灶环境的MCA模型中，SOD2显著影响促转移和免疫相关通路。研究首次将实验模型中发现SOD2依赖性基因表达特征与临床卵巢癌样本中的免疫抑制微环境联系起来，强烈提示肿瘤细胞固有的SOD2表达可能通过调控细胞因子和免疫相关基因的表达，主动塑造一个有利于肿瘤进展的免疫抑制微环境，例如招募中性粒细胞和Treg细胞。这不仅深化了对SOD2在癌症转移中多重功能的理解，特别是其超越传统抗氧化角色的信号调控功能，也为将SOD2作为潜在的预后生物标志物或联合免疫治疗的靶点提供了理论依据。未来研究需要进一步阐明SOD2调控转录的具体分子机制，例如是否通过H₂O₂信号或超氧化物清除效应，以及这些机制如何影响肿瘤与免疫细胞的相互作用，从而为开发新的卵巢癌治疗策略开辟新的方向。