单细胞转录组解析甲状腺乳头状癌代谢异质性与铁死亡调控机制

本研究针对甲状腺乳头状癌(PTC)的细胞异质性和治疗抵抗问题，通过单细胞RNA测序技术揭示了15个恶性亚群的转录特征。研究人员发现C1/C2/C8亚群呈现显著铁死亡(ferroptosis)活性，LN+肿瘤表现出独特的糖酵解-GPX4代谢轴，并鉴定出TNF/PTN/CXCL12等关键细胞通讯通路。该研究为PTC精准治疗提供了新型代谢靶点，发表于《Heliyon》期刊。

　　

甲状腺癌作为内分泌系统最高发的恶性肿瘤，其发病率近十年呈显著上升趋势。其中甲状腺乳头状癌(PTC)占新发病例的90%，虽然多数患者预后良好，但部分病例出现治疗抵抗和淋巴结转移，成为临床管理的难点。传统研究受限于组织样本的异质性，难以揭示肿瘤微环境中细胞亚群的动态互作机制。更关键的是，铁死亡(ferroptosis)这种新型细胞死亡方式与PTC进展的关系尚未明确，代谢重编程如何影响肿瘤亚群的命运决定也缺乏单细胞层面的证据。

复旦大学附属眼耳鼻喉科医院的研究团队在《Heliyon》发表创新性研究，通过整合GSE184362等三个单细胞数据集，对15例PTC样本（含5例淋巴结阳性/LN+、4例淋巴结阴性/LN-和6例转移灶）的114,131个细胞进行深度解析。研究发现恶性细胞可划分为15个转录亚群，其中C1/C2/C8亚群呈现GPX4-SLC7A11调控的铁死亡敏感性特征，而LN+肿瘤表现出糖酵解增强与铁死亡活性的负相关关系。该研究首次绘制了PTC单细胞代谢图谱，为开发靶向铁死亡-代谢轴的联合疗法奠定理论基础。

研究采用三大关键技术：1）基于Seurat和rliger平台的单细胞转录组分析，整合GEO和TCGA多组学数据；2）使用KNN算法和2000个高变基因区分恶性/非恶性甲状腺细胞；3）通过CellChat解析TNF-PTN-CXCL12细胞通讯网络。样本队列包含来自不同临床阶段的原发灶、转移灶和淋巴结组织。

主要研究结果

1. 免疫微环境特征：通过CD3D⁺ T细胞、GNLY⁺ NK细胞等标记鉴定8大细胞类型，发现CD8⁺ T细胞在LN-样本中富集，而整体T细胞在转移组占比更高。

2. 恶性细胞异质性：C10/C11/C15亚群被确认为非恶性细胞，与TCGA正常组织共享138个差异基因。KEGG分析显示恶性细胞富集"癌症蛋白聚糖"通路，而非恶性细胞高表达甲状腺激素合成相关基因。

1. 铁死亡调控机制：C13亚群中FTH1-FTL铁存储蛋白与磷酸戊糖途径(PPP)呈正相关，而C14亚群糖酵解活性与铁死亡呈负相关。淋巴结转移组铁死亡评分显著高于原发灶，提示其与肿瘤进展的相关性。

2. 代谢重编程特征：LN+肿瘤表现独特的"Warburg效应"，糖酵解和脂肪酸氧化活性升高，而谷氨酰胺分解代谢在LN-组更活跃。C6/C12亚群特异性高表达HK2等糖酵解酶基因。

3. 细胞互作网络：转移灶中TNF信号通路显著激活，而LN+组富集PTN（多效生长因子）信号。恶性细胞通过CD74-MIF受体与髓系细胞互作，可能促进免疫逃逸。

该研究系统揭示了PTC的单细胞异质性全景，创新性地提出铁死亡-代谢轴调控模型：1）不同亚群对铁死亡的敏感性差异由GPX4-ACSL4平衡决定；2）PPP途径通过维持NADPH水平影响铁死亡阈值；3）LN+特有的糖酵解亢进可能通过降低脂质过氧化物积累导致治疗抵抗。这些发现为临床转化提供新思路：针对C1/C2/C8亚群可开发GPX4抑制剂联合免疫治疗策略，而阻断PTN-CXCR4信号或能抑制淋巴结转移。研究建立的单细胞数据库将成为PTC精准分型的重要资源，其揭示的代谢-铁死亡交叉调控机制也为其他实体瘤研究提供范式参考。