单细胞转录组-蛋白质组孟德尔随机化整合分析揭示结直肠癌关键靶点CTSF/PCSK7/LYZ/LMAN2L

为解决结直肠癌(CRC)发病机制中遗传易感性与细胞异质性的动态交互问题，广西中医药大学团队通过整合单细胞转录组(scRNA-seq)、表达数量性状位点(eQTL)、蛋白质数量性状位点(pQTL)与全基因组关联研究(GWAS)数据，采用双样本孟德尔随机化(MR)和基于汇总数据的SMR分析方法，鉴定出CTSF、PCSK7、LYZ和LMAN2L四个关键靶基因。该研究为CRC精准防治提供了新靶点，发表于《Discover Oncology》。

　　

结直肠癌是全球高发的消化系统恶性肿瘤，其发病机制涉及遗传因素与肿瘤微环境异质性的复杂交互。尽管全基因组关联研究(GWAS)已鉴定大量风险位点，但仅少数与表达数量性状位点(eQTL)或蛋白质数量性状位点(pQTL)共定位。传统研究难以区分因果基因与被动关联，而单细胞技术虽能解析细胞亚群差异，却缺乏因果推断能力。这一瓶颈制约了CRC靶向治疗的开发。

广西中医药大学张涛、王松等团队在《Discover Oncology》发表研究，通过整合芬兰FinnGen数据库的GWAS数据(8,801病例/45,118对照)、GEO单细胞数据集(GSE200997/GSE166555)、eQTLGen联盟转录组数据和decode平台的pQTL数据，构建多组学分析框架。研究采用双样本孟德尔随机化(MR)和基于汇总数据的SMR方法，结合单细胞聚类与生存分析，系统解析CRC发病的细胞类型特异性驱动机制。

关键技术包括：(1)从16例CRC和7例正常组织获取scRNA-seq数据，经UMAP聚类鉴定10种细胞类型；(2)筛选4,909个差异表达基因(DEGs)并与GWAS整合；(3)采用逆方差加权(IVW)和MR-Egger回归进行因果推断，以FDR<0.05为显著性阈值；(4)通过TCGA队列构建四基因预后模型。

3.1 肿瘤与非肿瘤环境中CRC细胞亚群变化
分析23例样本的31,856个肿瘤细胞和18,273个正常细胞，UMAP可视化揭示29个亚群。DEGs富集于免疫激活、细胞粘附和ECM组织通路，如CTSF在成纤维细胞中下调(log₂FC=-1.06)，PCSK7在成纤维细胞中上调(log₂FC=2.59)。

3.2 eQTL与CRC的因果关联
在4,909个DEGs中，428个与CRC显著相关，38个通过FDR校正。AXIN2等14个基因增加风险，UCP2等24个基因具保护作用。敏感性分析提示GPATCH1可能存在偏倚。

3.3 pQTL与CRC的因果关联
13个基因在蛋白质水平显著，其中CTSF、PCSK7、LYZ和LMAN2L通过FDR验证。PCSK7的eQTL与pQTL方向相反，提示其双向调控功能。

3.4 SMR验证分析
PCSK7表达降低CRC风险(OR=0.90,p_SMR=0.0426)，而CTSF增加风险(OR=1.07,p_SMR=0.0184)。HEIDI检验表明CTSF可能通过替代通路发挥作用。

3.5 单细胞差异表达
跨队列验证显示CTSF在巨噬细胞中一致性下调(log₂FC=-3.04)，LYZ在上皮细胞中上调(log₂FC=2.38)，但LMAN2L在内皮细胞的调控存在队列异质性。

3.6 生存分析
四基因风险评分可独立预测预后(p<0.05)，高风险组5年生存率显著降低(ROC-AUC=0.770)。

研究首次通过多组学整合锁定CTSF/PCSK7/LYZ/LMAN2L作为CRC关键靶点。CTSF的抑癌功能与肾癌、胃癌研究一致，但其在宫颈癌中的促癌作用提示组织特异性；PCSK7通过脂代谢(如调控apoB100分泌)和免疫检查点(如PD-1)发挥双重作用；LYZ通过调控肠道菌群(如抑制Fusobacterium nucleatum)体现黏膜保护功能；LMAN2L则可能通过内质网应激影响蛋白稳态。该框架为其他复杂疾病的机制解析提供了范式，但需注意人群局限性(欧洲数据)和跨组织异质性(eQTL主要来自血液)。未来需开展靶向干预实验，如PCSK7反义寡核苷酸(ASO)或LYZ膳食补充剂的临床转化研究。