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为解决食管癌诊疗难题，研究人员分析基因表达谱，发现关键基因，对诊疗意义重大。
食管癌诊疗困境催生关键基因研究
食管癌，作为全球范围内严重威胁人类健康的恶性肿瘤，其发病率和死亡率在各类癌症中名列前茅。其中食管鳞状细胞癌（ESCA）更是 “罪魁祸首”，每年有超 60 万新发病例和 54 万死亡病例，尤其在东亚和撒哈拉以南非洲地区高发。长期吸烟、酗酒以及饮食营养缺失等不良生活习惯，都如同 “导火索”，大大增加了患病风险。
尽管现代医学在诊断成像和治疗手段上不断推陈出新，但 ESCA 患者的预后情况依旧不容乐观。由于早期 ESCA 症状隐匿，多数患者确诊时已处于疾病晚期，此时治疗效果大打折扣，五年生存率不足 20%，一旦发生转移，生存率更是骤降至 5% 以下。传统的诊断方法，如内镜检查和活检，不仅具有侵入性，还难以大规模应用于早期筛查。
为了打破这一困境，寻找更有效的诊断和治疗方法迫在眉睫。安康市中医医院的研究人员勇挑重担，开展了一项旨在揭示 ESCA 关键驱动因素的研究，期望能为食管癌的精准诊疗开辟新路径。该研究成果发表于《Hereditas》杂志，为食管癌研究领域注入了新的活力。
多技术联用挖掘关键基因
研究人员采用了生物信息分析与体外实验相结合的研究方法。首先，从公共数据库（GEO）中获取了多个 ESCA 相关的基因表达谱数据集（GSE23400、GSE29001、GSE92396 和 GSE1420），运用 limma 软件进行差异基因表达分析，筛选出差异表达基因（DEGs）。随后，借助 STRING 数据库构建蛋白质 - 蛋白质相互作用（PPI）网络，并利用 Cytoscape 软件的 CytoHubba 插件，基于度值法确定了关键的枢纽基因。
为进一步验证这些基因的功能，研究人员培养了多种 ESCA 细胞系和正常食管上皮细胞系，通过逆转录定量聚合酶链反应（RT-qPCR）检测基因表达水平。同时，利用 cBioPortal 数据库进行突变和拷贝数变异（CNV）分析，借助 GSCA 数据库开展启动子甲基化分析、生存分析和免疫浸润分析，还进行了基因敲低等功能实验。
研究结果：关键基因浮出水面
- 枢纽基因的鉴定与验证：通过一系列分析，研究人员成功鉴定出 COL3A1、COL4A1、COL5A2 和 CXCL8 这四个关键枢纽基因。在 ESCA 细胞系和组织样本中，它们的表达水平显著高于正常对照组，这一结果通过 RT-qPCR 得到了验证。并且，受试者工作特征（ROC）曲线分析显示，这四个基因在区分 ESCA 和正常样本方面表现卓越，曲线下面积（AUC）均为 1.0，意味着它们具有完美的敏感性和特异性。
- 基因变异与临床意义：对这些枢纽基因的深入研究发现，COL3A1 在 67% 的 ESCA 样本中发生改变，主要为错义突变；COL5A2 在 50% 的样本中存在改变，包括剪接位点和错义突变。同时，所有四个枢纽基因都存在基因扩增现象，这进一步证实了它们在 ESCA 进展中的致癌潜力。启动子甲基化分析表明，这些基因的启动子在 ESCA 组织中呈现低甲基化状态，与基因表达水平呈负相关，但与患者总体生存率无显著关联。
- 基因与免疫及生存的关系：生存分析显示，CXCL8 高表达与 ESCA 患者较差的生存率显著相关，而其他三个基因对生存率的影响相对较小。相关性分析发现，这些枢纽基因与免疫抑制分子存在显著关联，暗示它们在调节肿瘤微环境免疫抑制方面发挥着重要作用。例如 COL3A1 与 TGFBR1 和 TGFB1 显著相关，可能参与免疫抑制调节。
- 功能与通路分析：功能和通路分析表明，这些枢纽基因主要参与细胞外基质（ECM）- 受体相互作用、蛋白质消化吸收、AGE - RAGE 信号通路等。它们编码的蛋白质与 ECM 成分密切相关，在细胞迁移、增殖和免疫调节等过程中发挥关键作用。此外，研究还预测了靶向这些枢纽基因的微小 RNA（miRNA），发现相关 miRNA 在 ESCA 样本中显著下调，可能影响转录后调控，促进 ESCA 的发生发展。
- 关键基因的功能验证：通过对 COL3A1 和 COL4A1 进行基因敲低实验，研究人员发现敲低这两个基因后，ESCA 细胞的增殖、集落形成和迁移能力均显著下降。进一步研究表明，它们可能通过激活 ECM - 受体相互作用通路促进肿瘤进展，影响通路中 CCL2、CXCR4、RAC1 和 STAT3 等基因的表达。
研究意义与展望
该研究首次揭示了 COL3A1、COL4A1、COL5A2 和 CXCL8 在 ESCA 发生发展中的关键作用，为食管癌的诊断和治疗提供了新的潜在生物标志物和治疗靶点。这些基因不仅与肿瘤的生长、转移密切相关，还参与调节肿瘤微环境的免疫反应，为深入理解 ESCA 的发病机制提供了新视角。
然而，研究也存在一定的局限性。基因表达数据主要来源于公开数据集，可能无法完全反映不同人群和临床环境下 ESCA 的异质性；生物信息分析受到数据质量和完整性的限制；功能验证仅在细胞系中进行，与体内肿瘤微环境的复杂性存在差异；突变和 CNV 分析基于较小的 TCGA 数据集，可能遗漏部分遗传改变；缺乏纵向患者数据，难以明确基因表达变化与疾病进展的因果关系。
未来的研究需要进一步开展体内实验，利用动物模型和患者来源的异种移植（PDX）模型验证这些基因的功能。同时，探索针对这些关键基因的靶向治疗方法，开展临床前试验，评估其治疗效果和安全性。此外，深入研究基因之间的相互作用以及开发基于液体活检的生物标志物，将有助于实现 ESCA 的早期检测和精准治疗，为食管癌患者带来新的希望。
