CPE/HYOU1轴激活的Hippo-YAP信号通路抑制细胞凋亡（PANoptosis），从而促进骨肉瘤的进展

《Cancer Letters》：CPE/HYOU1 axis-activated Hippo-YAP signaling pathway suppresses PANoptosis to facilitate osteosarcoma progression

PANoptosis通过调控HOY1稳定和Hippo-YAP通路影响骨肉瘤预后，单细胞与bulk转录组整合发现CPE、MDK等四标志物与免疫特征及骨重塑相关。

　　本研究围绕一种新型的细胞死亡方式——PANoptosis（泛凋亡）与骨肉瘤（Osteosarcoma, OS）的抗肿瘤免疫之间的关系展开，旨在识别与PANoptosis相关的预后生物标志物，并揭示其下游调控机制。通过整合公开的单细胞转录组数据和批量转录组数据，研究人员构建了一套全面的生物信息学分析流程，从而发现了一些关键的细胞类型和基因，它们可能在OS的进展和PANoptosis调控中发挥重要作用。

骨肉瘤是一种高度侵袭性的原发性恶性骨肿瘤，主要来源于间质干细胞，常发生于长骨的骨骺区。它主要影响儿童和青少年，约有60%的病例发生在10至20岁的人群中，是该年龄段癌症相关死亡的第二大原因。尽管骨肉瘤的发病率相对较低（高峰为每年3至5例每百万人口），但其发病率和死亡率仍令人担忧。目前的治疗方法主要依赖于根治性手术切除和新辅助化疗，尽管免疫治疗和靶向治疗取得了进展，但过去四十年中，患者的5年生存率并未显著提高。数据显示，局部骨肉瘤患者的5年生存率约为70%，但超过85%的病例会发生转移，主要转移到肺部。对于转移性或复发性骨肉瘤患者，预后较差（5年生存率低于20%），这突显了开发新的预后生物标志物和治疗靶点的迫切需求。

随着多组学技术的进步，人们认识到骨肉瘤具有高度的异质性。然而，目前仍然缺乏能够用于预后预测或精准治疗的可操作性生物标志物。PANoptosis作为一种由焦亡、凋亡和坏死性凋亡同时激活的程序性细胞死亡方式，具有高度的协调性和动态平衡性。其启动依赖于PANoptosome的组装和激活，该结构由ZBP1、AIM2、RIPK1、NLRP12等关键分子组成。越来越多的证据表明，PANoptosis的失调可能与肿瘤的发生、发展和治疗抵抗有关。在骨肉瘤中，免疫相关的PANoptosis能够激活免疫细胞，通过增强抗肿瘤免疫来抑制肿瘤生长。此外，一些研究还发现，FN14在骨髓间质干细胞来源的外泌体中诱导PANoptosis，从而抑制骨肉瘤的进展。另一项研究确认，与PANoptosis相关的长链非编码RNA AC133552.2参与了骨肉瘤细胞的增殖和迁移。还有生物信息学分析发现，PANoptosis相关的基因签名可能成为骨肉瘤的预后标志物。然而，目前的研究多局限于生物信息学预测、转录组层面的基因组改变或浅层的机制探索。

本研究利用公开数据库中的单细胞和批量转录组数据，构建了一套系统化的生物信息学分析流程，以识别与骨肉瘤预后相关的生物标志物。通过对数据的深入分析，研究人员发现了一些关键的细胞类型和基因，这些基因在骨肉瘤的发生和进展中可能具有重要的调控作用。研究还探讨了这些生物标志物的免疫特征、表达特异性、下游靶点以及通路激活模式。此外，研究人员通过体外实验验证了关键基因介导的调控轴对骨肉瘤进展和PANoptosis水平的影响。本研究旨在通过严格的生物信息学分析和功能实验，为骨肉瘤患者提供可靠的预后生物标志物，并通过PANoptosis调控的角度揭示骨肉瘤的预后机制。

在数据来源方面，研究者从Gene Expression Omnibus（GEO）数据库中获取了GSE162454（6例骨肉瘤样本）和GSE169396（4例正常样本）的单细胞转录组数据。同时，研究者还从一项已发表的研究中筛选出277个与PANoptosis相关的基因。为了确保数据的质量和可靠性，研究人员使用了R语言中的Seurat软件包（v4.4.0）进行单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据的质量控制和预处理。通过对低质量细胞和低表达基因的过滤，研究人员提高了数据的准确性和代表性。数据归一化过程使用了NormalizeData函数，以消除批次效应并确保数据的一致性。

在单细胞分析中，研究人员发现骨肉瘤样本中存在显著的成骨细胞和巨噬细胞富集，尤其是在低PANoptosis评分的亚组中。这些细胞可能在PANoptosis的调控中扮演重要角色。进一步整合批量RNA测序数据，研究人员发现了四个与骨肉瘤预后相关的生物标志物：CPE、MDK、SERPINH1和NPW。这些基因在成骨细胞中表现出主导的表达，并具有预测骨肉瘤预后潜力的能力。其中，CPE的缺失显著抑制了骨肉瘤的进展，并在体外和体内实验中增强了PANoptosis。从机制上看，CPE通过抑制泛素-蛋白酶体降解，增强了HYOU1蛋白的稳定性。同时，CPE激活了Hippo-YAP信号通路，促进了YAP的核转位和转录活性。通过HYOU1的过表达或YAP激动剂的添加，研究人员发现这些手段可以逆转CPE缺失所介导的抗肿瘤效应和PANoptosis的促进作用。这表明，CPE通过调控HYOU1和激活Hippo-YAP信号通路，影响骨肉瘤的进展，其作用机制可能与抑制PANoptosis有关。

在讨论部分，研究者进一步分析了这些生物标志物的免疫特征和功能。他们指出，成骨细胞在骨肉瘤样本中显著富集，尤其是在低PANoptosis评分的亚组中。这一发现与之前的研究结果一致，即PANoptosis通过增强抗肿瘤免疫来抑制骨肉瘤的进展。因此，成骨细胞的异常分化可能与PANoptosis功能障碍有关，最终导致骨肉瘤的发生。此外，研究者还指出，PANoptosis相关基因签名可能成为骨肉瘤预后的重要工具，这些基因在成骨细胞中表现出主导的表达，并具有较高的预测价值。

在结论部分，研究者总结了本研究的主要发现。通过系统整合单细胞和批量转录组数据，研究者识别了影响骨肉瘤进展和PANoptosis调控的关键细胞类型（成骨细胞和巨噬细胞）以及四个预后生物标志物（CPE、MDK、SERPINH1和NPW）。这些生物标志物在成骨细胞中表现出主导的表达，并具有预测骨肉瘤预后的潜力。其中，CPE的缺失显著抑制了骨肉瘤的进展，并在体外和体内实验中增强了PANoptosis。从机制上看，CPE通过抑制泛素-蛋白酶体降解，增强了HYOU1蛋白的稳定性。同时，CPE激活了Hippo-YAP信号通路，促进了YAP的核转位和转录活性。通过HYOU1的过表达或YAP激动剂的添加，研究人员发现这些手段可以逆转CPE缺失所介导的抗肿瘤效应和PANoptosis的促进作用。这表明，CPE通过调控HYOU1和激活Hippo-YAP信号通路，影响骨肉瘤的进展，其作用机制可能与抑制PANoptosis有关。

研究者还强调了本研究的伦理和实验合规性。本研究获得了扬州大学实验动物福利与伦理委员会的批准（伦理编号：202508028），并遵循了英国《1986年动物（科学研究程序）法案》及相关指南，以及欧盟第2010/63/EU号指令关于动物实验的规定。此外，研究者声明没有利益冲突，并表明研究中使用的数据和材料可根据合理请求从通讯作者处获得。研究得到了中国医科大学附属盛京医院院内项目的支持（编号：M0140）。

在作者贡献方面，Hanyi Song负责可视化、软件开发、方法学设计、数据分析和数据管理，并参与了概念设计。Tong Zhu负责撰写原始稿件、方法学设计、数据管理和概念设计。Wanjie Huang负责数据管理。Yifan Yu负责可视化、软件开发、方法学设计、数据管理和概念设计。Zhan Zhang负责方法学设计。Yiqi Zhang负责数据管理。Mingzi Tan负责撰写和审阅、项目管理、研究实施和概念设计。Long Zhou负责撰写工作。

研究者还对在项目中提供帮助的人员表示感谢。他们感谢Tong Zhu、Hanyi Song、Yifan Yu、Wanjie Huang、Yiqi Zhang和Zhan Zhang进行了文献研究和数据处理。感谢Long Zhou、Mingzi Tan和Neili Xu对完成初稿的撰写提供了详细的修改建议。此外，研究者感谢中国医科大学附属盛京医院为研究提供了平台，这为项目的顺利进行奠定了基础。他们还表示，除了上述人员，还有其他团队成员在数据处理和分析过程中提供了重要支持。

本研究通过系统整合单细胞和批量转录组数据，揭示了与骨肉瘤进展和PANoptosis调控相关的关键细胞类型和生物标志物。这些发现不仅有助于理解骨肉瘤的生物学特性，还为开发新的预后生物标志物和治疗靶点提供了理论依据。同时，研究者通过功能实验验证了这些生物标志物在骨肉瘤中的作用，特别是CPE在调控HYOU1和激活Hippo-YAP信号通路中的关键角色。这些结果表明，PANoptosis在骨肉瘤的抗肿瘤免疫中具有重要作用，其调控机制可能成为未来治疗策略的重要方向。研究者希望通过这些发现，为骨肉瘤的临床研究和治疗提供新的思路，并推动相关领域的进一步发展。