ColoStem与EpiColoStem：识别结直肠癌不良预后的核心胎儿转录特征及其临床转化价值

《British Journal of Cancer》：ColoStem, a core oncofetal signature that identifies poor prognosis colorectal tumors

本研究针对结直肠癌（CRC）预后预测生物标志物缺乏的临床需求，开发了核心胎儿转录特征ColoStem（8基因）及其上皮亚型EpiColoStem（5基因）。通过多队列验证、免疫组化及qPCR技术，证实两者在石蜡包埋组织和血浆样本中均能有效识别高复发风险患者，且预后价值在多变量分析中显著。该研究为CRC个体化预后评估提供了简便、可临床转化的分子工具。

　　

结直肠癌是全球癌症相关死亡的第三大原因，治疗失败导致的肿瘤复发和转移是主要挑战。尽管KRAS、BRAF等基因突变已被证实与治疗耐药和转移相关，但当前临床仍缺乏能够精准预测患者预后的生物标志物。近年来，研究表明肿瘤细胞获得胎儿/胚胎特征（即“胎儿转化”）与化疗耐药密切相关，这为开发新的预后工具提供了思路。

此前，研究者已通过生物信息学分析发现一个由28个上调基因和8个下调基因组成的36基因胎儿特征（36FS），可预测结直肠癌患者的结局。然而，该签名规模较大，临床推广应用存在困难。为此，研究团队在《British Journal of Cancer》上发表的最新研究中，旨在开发一个更精简、更易于临床检测的核心胎儿特征，并验证其在结直肠癌预后分层中的价值。

研究人员首先对三个公共结直肠癌数据集（GSE39582、GSE14333和TCGA）进行基因表达相关性分析，从36FS中筛选出表达相关性最高的5个上调基因（ARL4C、TIMP2、TUBB6、TSPAN4、MRAS）和3个下调基因（MYB、AGMAT、CDX1），组成核心特征ColoStem。ColoStem比值的计算方式为5个上调基因的平均表达量与3个下调基因的平均表达量之比。为了进一步提高其临床适用性，他们利用免疫组化和人类蛋白质图谱数据，进一步筛选出主要在上皮肿瘤细胞中表达的基因，构建了上皮限制性特征EpiColoStem，包含3个上调基因（ARL4C、TIMP2、TUBB6）和2个下调基因（MYB、AGMAT）。

研究团队整合了6个公共数据集的1118例样本构建了一个结直肠癌元队列，用于验证签名的预后价值。多变量Cox比例风险回归模型显示，ColoStem和EpiColoStem比值均是结直肠癌患者无病生存期（DFS）和总生存期（OS）的独立预测因素，其预测能力与原始的36FS相当甚至更优。

Kaplan-Meier分析进一步表明，无论是使用最佳截断值还是平均值作为分界点，ColoStem比值均能有效区分高复发风险患者，并且在II+III期患者亚组中依然保持显著的预后价值。值得注意的是，ColoStem的预后价值在接受化疗/放疗的患者和未治疗的患者中均能观察到，提示胎儿转化对患者结局的影响不仅限于治疗耐药。

为了验证签名的上皮特异性，研究团队通过免疫组化分析了结直肠癌患者来源的异种移植瘤样本。结果显示，ARL4C、TIMP2、TUBB6、MYB和AGMAT主要在上皮肿瘤细胞中表达，而MRAS和TSPAN4在肿瘤基质中的非肿瘤细胞中高表达。因此，他们构建的EpiColoStem特征具有更高的上皮特异性。

研究还利用患者来源类器官（PDO）模型验证了胎儿特征的稳定性。RNA测序分析显示，高ColoStem比值的PDO（胎儿型）与低比值的PDO（非胎儿型）在转录组水平存在显著差异。基因集富集分析（GSEA）表明，胎儿型PDO显著富集于小鼠胎儿肠道特征，同时干扰素信号通路上调，而MYC和E2F靶基因下调，这与先前描述的化疗诱导胎儿表型一致。更重要的是，来自胎儿型PDO对应患者的临床数据分析显示，这些患者预后更差。

为实现临床转化，研究团队开发了一种基于qPCR的检测方法，可用于石蜡包埋组织样本。通过对99例结直肠癌石蜡样本进行RNA提取、预扩增和qPCR分析，他们成功在47例样本中检测到ColoStem比值，在80例样本中检测到EpiColoStem比值。生存分析证实，高比值患者无病生存期显著缩短。此外，研究还探索了在液体活检中应用该签名的可能性。虽然血浆样本中仅部分基因可被稳定检测，但TIMP2、MRAS和TSPAN4的组合仍显示出区分预后的趋势。

本研究成功将36基因胎儿特征精简为核心8基因特征ColoStem和上皮5基因特征EpiColoStem，两者在多变量分析中均显示出显著的预后价值。重要的是，研究证实了通过qPCR检测石蜡包埋组织和血浆样本中这些特征的可行性，为临床推广应用奠定了基础。该研究不仅提供了识别结直肠癌胎儿型肿瘤的简便工具，也为未来开发针对该肿瘤亚型的靶向治疗策略提供了重要依据。

主要技术方法概述

研究整合了六个公共结直肠癌数据集（GSE14333、GSE143985、GSE17536、GSE17537、GSE33114、GSE38832）构建包含1118例样本的元队列，用于签名验证。关键技术包括基因表达相关性分析、免疫组化（IHC）确定上皮特异性、患者来源类器官（PDO）培养与RNA测序（RNA-seq）、石蜡包埋组织RNA提取与预扩增qPCR检测、血浆循环RNA分析以及多变量Cox比例风险回归模型等统计方法。

研究结果

Generation of a core fetal transcriptional signature with prognosis value in CRC

通过基因表达相关性分析，从36FS中筛选出5个上调基因和3个下调基因，组成ColoStem特征。在元队列和多变量分析中，ColoStem比值显示出与36FS相当的预后预测价值。

The ColoStem ratio stratifies CRC patients at all stages but also in the subset of stages II+III tumors

ColoStem比值能有效区分所有分期结直肠癌患者的高复发风险，尤其在II+III期患者亚组中预后价值显著。其在接受治疗和未治疗患者中均能识别不良预后患者。

A 5-gene core represents a pure epithelial ColoStem signature

基于免疫组化和蛋白质图谱数据，构建了上皮限制性特征EpiColoStem（3个上调基因和2个下调基因）。EpiColoStem在元队列中显示出与ColoStem相似的预后分层能力。

Patient-derived organoids maintain the fetal characteristics in vitro, which is detected using ColoStem

RNA-seq分析显示，高ColoStem比值的PDO（胎儿型）转录组富集于胎儿肠道特征和干扰素信号通路，对应患者预后更差，证明胎儿特征在体外培养中得以维持。

Setting up a qPCR-based tool for the identification of fetal-type tumors at diagnosis

建立了一种基于qPCR的检测方法，成功从石蜡包埋组织和血浆样本中检测ColoStem和EpiColoStem比值。生存分析证实高比值患者预后较差，初步验证了该检测方法的临床适用性。

结论与讨论

本研究鉴定了两个具有预后价值的核心胎儿特征ColoStem和EpiColoStem，能够识别结直肠癌中预后不良的患者群体。重要的是，研究证实了通过常规临床样本（石蜡包埋组织和血浆）检测这些特征的可行性，为其短期内的临床转化提供了有力支持。虽然目前ColoStem的主要价值在于提供更精确的预后预测，但未来有望用于识别适合参加针对胎儿型肿瘤新疗法临床试验的患者，最终实现治疗个体化。患者来源类器官模型的建立也为研究胎儿特征维持机制和验证治疗靶点提供了宝贵工具。