PDT 调控免疫基因预后模型：解锁结直肠癌肝转移瘤微环境的密码

为解决结直肠癌肝转移（CLM）预后差、关键基因及分子机制不明等问题，中南大学湘雅二医院研究人员构建免疫相关基因预后模型。结果显示该模型可预测化疗反应，且 PDT 能影响模型关键基因。这为 CLM 预后评估和治疗提供新方向。

　　结直肠癌（Colorectal cancer，CRC）是全球高发的恶性肿瘤，肝转移是其常见且致命的并发症。众多 CRC 患者深受其扰，手术切除虽为标准治疗手段，但因多种因素限制，仅少数患者适用，且术后复发风险高。目前，CLM 发生和进展的分子机制尚不明确，严重阻碍了临床有效干预。与此同时，免疫疗法虽为 CLM 治疗带来希望，但肿瘤免疫微环境的复杂性使得其在 CLM 治疗中的应用仍处于探索阶段。在此背景下，深入研究 CLM 的关键基因，构建有效的预后模型，探索新的治疗策略迫在眉睫。

中南大学湘雅二医院的研究人员针对上述问题开展了相关研究。他们构建了由 HSPA1A、ULBP2、RBP7、OXT、SLC11A1、INHBB 和 ICOS 组成的免疫相关基因预后模型。该模型可有效预测 CLM 患者的生存情况，评估对化疗药物的反应，还揭示了肿瘤免疫微环境的特征。此外，研究发现光动力疗法（Photodynamic Therapy，PDT）能影响模型关键基因，抑制肿瘤细胞增殖和转移，改善肿瘤免疫功能 。这一研究成果发表在《Scientific Reports》上，为 CLM 的精准治疗提供了重要依据，有望推动临床治疗的进步。

研究人员采用了多种关键技术方法。在数据获取方面，从 The Cancer Genome Atlas（TCGA）数据库获取结肠腺癌组织芯片数据，包括转录组、组织突变和甲基化数据，以及临床信息；同时从 Gene Expression Omnibus（GEO）数据库获取相关转录组数据和单细胞转录组测序数据。分析过程中，运用加权基因共表达网络分析（WGCNA）筛选关键基因模块，通过 LASSO 回归构建预后模型，利用单细胞测序分析肿瘤免疫微环境，还通过体外细胞实验和小鼠模型实验验证 PDT 的作用。

下面介绍具体的研究结果：

• 识别转移相关枢纽模块和免疫预后基因：运用 WGCNA 分析 TCGA-COAD RNA-seq 数据构建基因共表达网络，经相关性分析确定灰色模块与转移相关，包含 1765 个基因。这些基因与免疫基因集交集得到 199 个基因，经生存分析和 COX 回归筛选出 11 个与转移相关的免疫基因，其 GSVA 评分可区分肿瘤与正常样本，且单因素 COX 回归表明这些基因可作为预后分析候选基因。
• 构建和验证免疫相关基因预后（IRGP）模型：对 11 个基因进行 LASSO 回归，得到包含 7 个基因的 IRGP 模型。基于该模型计算风险评分，将患者分为高低风险组。通过 TCGA 和 GEO 数据库的 K-M 生存分析和 ROC 曲线验证，结果显示低风险组患者生存情况更好，模型预测准确性高。此外，该模型还能有效预测疾病特异性生存（DSS）、无病间隔（DFI）和无进展间隔（PFI） ，高风险评分患者肿瘤恶性程度更高，临床分期更晚。
• IRGP 模型中不同风险亚组的肿瘤遗传景观：分析不同风险组基因功能、突变和甲基化情况。结果显示免疫相关预后基因主要参与 PTK-RAS、NOTCH、Wnt 和 TP53 通路。高风险组肿瘤突变负担（TMB）更高，部分癌基因突变率不同。高风险组基因组甲基化程度更高，远端基因表达更低，差异甲基化和表达基因的交集富含免疫相关通路。
• IRGP 模型预测结直肠癌患者的药物治疗反应：对模型基因进行药物敏感性分析，发现 7 个基因广泛影响肿瘤治疗药物敏感性。计算 46 个结直肠癌细胞系的风险评分并分组，结果显示高风险组细胞系对奥沙利铂、顺铂、伊立替康和 5 - 氟尿嘧啶的 IC₅₀值更高，临床分析也表明低风险评分患者对药物治疗反应更好。
• IRGP 模型风险评分与免疫状态的关系：分析模型与 21 种免疫细胞浸润的关系，发现低风险组 CD4⁺ T 细胞、浆细胞等浸润更高，高风险组 M0 巨噬细胞浸润更高。通过 TIDE 评分评估免疫治疗效果，发现正常结直肠组织 TIDE 评分更高，高风险组免疫排除评分更高。
• 推断肿瘤免疫微环境中的细胞间通信：基于 CellChat 推断高低风险组细胞间相互作用。结果显示高风险组巨噬细胞浸润显著，成纤维细胞与上皮细胞、巨噬细胞的相互作用在高低风险组存在差异，影响肿瘤生长。MHC-I/II 信号通路分析表明，低风险组上皮细胞与 T、B 细胞等信号增强，高风险组上皮细胞与巨噬细胞信号减弱 。巨噬细胞在肿瘤免疫微环境中起核心作用。
• 结直肠正常组织、结直肠癌和 CLM 中异质性肿瘤微环境的单细胞景观分析：运用 UMAP 对单细胞测序数据降维分析，发现高风险组巨噬细胞和成纤维细胞更多，低风险组上皮细胞、T 细胞和 B 细胞更多。不同组织类型中，巨噬细胞数量在肝转移、原发性肿瘤和正常结直肠组织中逐渐减少，风险评分逐渐升高。RNA 速度分析等表明肝转移细胞分化阶段更晚，高风险组细胞分化程度更高。
• 风险评分与结直肠癌肝转移的关系：单细胞测序分析显示原发性结直肠癌和肝转移病变上皮的风险评分高于正常结肠上皮，肝转移病变上皮风险评分更高。功能富集分析表明风险评分与肿瘤细胞转移、生存相关通路密切相关。PDT 可促进 ROS 产生，下调风险评分，影响免疫相关基因表达。
• PDT 通过调节风险评分影响肿瘤免疫功能：分析 ROS 与关键免疫基因的关系，发现肝转移病变中 ROS 含量增加，与风险评分互斥。巨噬细胞介导的 PD-1 免疫抑制通路在 CLM 中起重要作用，PDT 可降低巨噬细胞中 PD-L1 表达和浸润，改善肿瘤免疫功能。
• PDT 调节的免疫相关基因分析：对 IRGP 模型 7 个基因进行相互作用分析，发现 SLC11A1 是核心基因。实验验证 PDT 可抑制结直肠癌细胞增殖和迁移，改变相关基因表达，提示 PDT 可能通过调节免疫相关预后基因治疗 CLM。

研究结论表明，构建的 7 基因免疫相关预后模型可有效评估 CLM 患者预后，确定免疫细胞浸润水平和细胞间通信机制。PDT 治疗后部分免疫相关基因表达差异显著，虽需进一步验证，但为潜在免疫治疗策略提供新思路，为 CLM 和肿瘤微环境研究奠定基础。这一研究成果有助于深入理解 CLM 的发病机制，为开发更有效的治疗方法提供理论支持，有望改善 CLM 患者的预后。