单细胞分辨率解析HEPN1在胶质瘤铁死亡治疗中的关键作用及生物标志物潜力

针对胶质瘤治疗中铁死亡（ferroptosis）调控机制不明的问题，南京溧水人民医院团队通过WGCNA和单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术，发现HEPN1、SOX2等基因在GL261细胞中显著高表达，揭示了铁死亡相关基因的细胞异质性及互作网络，为超声增强铁死亡疗法提供了精准治疗靶点。

　　

胶质瘤作为中枢神经系统最具侵袭性的肿瘤之一，其治疗始终面临巨大挑战。尽管手术、放疗和化疗等手段不断进步，但患者预后仍不理想。近年来，铁死亡（ferroptosis）——一种由铁依赖性脂质过氧化驱动的细胞死亡方式，为胶质瘤治疗带来了新希望。然而，铁死亡相关基因在胶质瘤中的调控机制及其细胞异质性仍不明确，亟需在单细胞水平揭示其作用网络。

南京溧水人民医院（Nanjing Lishui People's Hospital）的Lei Jiao、Shuhua Fang和Jianbo Zhang团队在《Discover Oncology》发表的研究，通过整合TCGA、GEO数据库的批量转录组数据和单细胞测序（GSM6619234），结合WGCNA（加权基因共表达网络分析）和体外实验，系统解析了铁死亡相关基因在胶质瘤中的表达模式。研究发现HEPN1、SOX2等基因在恶性胶质瘤细胞中特异性高表达，且与患者预后显著相关，为超声增强铁死亡疗法提供了潜在生物标志物。

研究采用四大关键技术：1）基于TCGA/GEO的批量转录组分析；2）WGCNA构建铁死亡相关基因模块；3）单细胞RNA测序（scRNA-seq）解析细胞异质性；4）GL261/BV2细胞系实验验证核心基因表达。通过CIBERSORT算法评估免疫浸润特征，并利用Seurat软件（v4.3.0）完成单细胞数据质控、整合和聚类分析。

研究结果

WGCNA分析

通过基因共表达网络识别出与胶质瘤临床特征显著相关的铁死亡基因模块（图1G）。其中，绿松石模块（turquoise module）与治疗反应呈强负相关，提示其基因可能参与治疗抵抗。

单细胞异质性

t-SNE和UMAP降维分析（图4A-B）将胶质瘤微环境划分为髓系细胞、增殖细胞、神经元细胞等8个亚群。差异表达分析（图5C）显示，HEPN1、OLIG2等在GL261细胞中显著高表达，而FOLH1特异性富集于胶质细胞，COL3A1高表达于成纤维细胞。

基因互作网络

网络分析（图6A-B）揭示两个功能迥异的子网络：增殖相关基因（AURKB、TOP2A等）和神经元信号基因（GRIN2B、NOS1等）。细胞互作分析（图7）显示神经元细胞通过MK/PTN通路（图8）与髓系细胞形成密切通讯。

体外验证

RT-PCR证实（图9），HEPN1、SOX2、PTPRZ1在GL261细胞的表达量显著高于BV2细胞，与生物信息学预测一致。

结论与意义

该研究首次在单细胞层面阐明铁死亡相关基因的时空异质性，揭示HEPN1等基因可作为超声增强铁死亡疗法的预测标志物。通过整合计算生物学与实验验证，不仅为胶质瘤精准治疗提供新靶点，更建立了基因模块-细胞互作-治疗应答的关联框架。局限性在于公共数据的潜在偏倚，未来需扩大临床样本验证。这项成果为开发基于铁死亡的联合疗法奠定了理论基础，推动胶质瘤治疗向个体化迈进。