基于乳酸化修饰的整合机器学习模型揭示NDUFS6在卵巢癌预后与免疫治疗分层中的关键作用

《npj Precision Oncology》：Integrative machine learning-driven prognosis and immunotherapy stratification via lactylation-associated gene in ovarian cancer

本研究针对卵巢癌(OC)免疫治疗疗效有限的临床难题，通过整合多组学数据与机器学习算法，系统评估了乳酸化修饰在肿瘤微环境(TME)中的分布特征。研究人员构建了由TMEM126B、PYGL和NDUFS6三个基因组成的乳酸化相关预后模型，发现高乳酸化风险与细胞周期激活、免疫抑制性TME及免疫检查点表达升高显著相关。尤为重要的是，首次验证NDUFS6作为关键致癌基因通过调控氧化磷酸化(OXPHOS)促进OC进展，并筛选出D-乳糖作为其靶向治疗候选药物，为OC精准免疫治疗提供了新策略。

　　

卵巢癌(OC)作为妇科恶性肿瘤中死亡率最高的癌种，因其早期症状隐匿，多数患者确诊时已届晚期。尽管免疫检查点抑制剂为OC治疗带来了新希望，但耐药性、高复发率和有限疗效仍是制约患者生存率提升的瓶颈。近年来，乳酸化(lactylation)作为一种新兴的蛋白质翻译后修饰，在肿瘤免疫逃逸和代谢重编程中的关键作用逐渐被揭示，但其在OC中的具体分子机制尚不明确。

发表于《npj Precision Oncology》的研究通过整合多组学数据与机器学习算法，系统绘制了OC单细胞图谱，发现上皮细胞尤其是TFF3⁺上皮细胞亚群具有最高乳酸化评分，且其富集与免疫应答和代谢通路下调密切相关。通过101种机器学习算法组合筛选，研究团队最终构建了由TMEM126B、PYGL和NDUFS6三个基因组成的乳酸化相关预后模型。该模型在训练集(TCGA-OV)和三个独立验证集(GSE26712、GSE30161、GSE140082)中均能有效区分患者预后，高风险组呈现细胞周期通路激活、免疫抑制性TME特征及免疫治疗反应减弱。

关键技术方法包括：利用Harmony算法整合GSE173682和GSE184880单细胞RNA测序(scRNA-seq)数据构建OC细胞图谱；采用AUCell、JASMINE和singscore算法计算细胞亚群乳酸化评分；通过101种机器学习算法组合筛选最优预后模型；使用CIBERSORT算法评估免疫细胞浸润；基于FDA批准药物库开展NDUFS6靶向虚拟筛选；通过CCK-8、EdU染色和流式细胞术验证基因功能。临床样本来源于深圳市南山人民医院2025年4月至6月收治的OC患者。

单细胞测序揭示OC免疫景观

研究通过整合14个样本的43,237个细胞，识别出上皮细胞、成纤维细胞、髓系细胞等8个主要细胞谱系。Ro/e算法分析显示肌成纤维细胞和内皮细胞在正常组织中富集，而TFF3⁺上皮细胞在OC组织中显著扩增。

乳酸化相关细胞亚群分子特征

上皮细胞在三种算法中均显示最高乳酸化活性，其乳酸化相关基因(如LDHA、LDHB)显著上调。TFF3⁺上皮细胞亚群表现出最强的乳酸化评分，差异表达基因分析筛选出24个乳酸化相关差异表达基因。

机器学习构建预后模型

CoxBoost-SuperPC整合模型(AUC=0.745)被确定为最优预测模型，包含TMEM126B、PYGL和NDUFS6三个核心基因。风险分层显示低风险组患者具有更长的生存期和更活跃的免疫细胞浸润。

不同风险组分子突变特征

高风险组患者呈现细胞周期相关通路激活和抑癌通路抑制。TP53和TTN为共有的高频突变基因，但高风险组突变率(97.2%)略低于低风险组(99.12%)。拷贝数变异分析显示预后基因存在增益性改变。

免疫微环境差异分析

低风险组富集滤泡辅助性T细胞和嗜酸性粒细胞，而高风险组显示癌症相关成纤维细胞(CAF)和糖酵解相关标记物评分升高。三种核心基因与免疫抑制过程显著相关。

免疫治疗反应预测

高风险组表现出更高的TIDE评分、更低的微卫星不稳定性(MSI)和肿瘤突变负荷(TMB)，且免疫检查点(PDCD1、CD274、CTLA4)和HLA家族基因表达下调，提示其可能从免疫治疗中获益有限。

NDUFS6表达与免疫功能关联

NDUFS6在OC组织中显著上调且与不良预后相关。高表达组呈现T细胞功能抑制和能量代谢增强特征，且与免疫检查点分子表达呈负相关。

NDUFS6的泛癌分析

在33种癌症类型中，NDUFS6在多数肿瘤组织表达上调，且与免疫细胞浸润、趋化因子表达及免疫微环境评分呈负相关，提示其可能作为广谱癌基因发挥作用。

NDUFS6功能验证

免疫组化证实NDUFS6在OC组织高表达。体外实验表明，敲低NDUFS6可抑制OVCAR3和OVCAR8细胞增殖，诱导细胞周期阻滞。

靶向药物虚拟筛选

从1891种FDA批准药物中筛选出83种NDUFS6潜在抑制剂，D-乳糖以最高对接评分成为最有前景的候选药物，其可通过氢键与Asp88、Ser78等残基相互作用。

本研究系统阐明了乳酸化修饰通过重塑OC免疫微环境驱动疾病进展的机制。首次构建的乳酸化相关预后模型为OC患者分层提供了可靠工具，而NDUFS6作为线粒体复合物I关键亚基的致癌功能验证，为开发靶向氧化磷酸化的治疗策略奠定了理论基础。尽管存在样本来源单一、缺乏体内实验验证等局限，但研究提出的乳酸化-NDUFS6-OXPHOS轴为克服OC免疫治疗耐药性提供了新视角，D-乳糖的靶向潜力更凸显其临床转化价值。