铁死亡相关基因的多转录组学分析揭示CAFs外泌体COX4I2作为骨肉瘤治疗新靶点

本研究通过多组学分析构建骨肉瘤铁死亡（ferroptosis）预后模型，结合机器学习筛选出基质细胞富集基因COX4I2。实验证实癌症相关成纤维细胞（CAFs）通过外泌体传递COX4I2蛋白至骨肉瘤细胞，抑制铁死亡关键指标（Fe2+/ROS/MDA），促进肿瘤增殖。该研究为靶向肿瘤微环境（TME）的骨肉瘤治疗提供新策略。

　　

背景

骨肉瘤作为儿童青少年高发的原发性恶性骨肿瘤，其高复发率与治疗困境凸显探索新治疗靶点的紧迫性。铁死亡作为一种铁依赖性程序性细胞死亡形式，近年被证实与肿瘤恶性进展密切相关，但其在骨肉瘤中的调控机制尚不明确。

材料与方法

研究团队整合TARGET和GEO数据库（GSE21257/GSE39055），通过LASSO回归构建包含12个铁死亡驱动基因（ALOX15B、COX4I2等）的预后模型。采用支持向量机（SVM）、随机森林（RF）等机器学习算法筛选核心基因，结合单细胞RNA测序（scRNA-seq）定位COX4I2的细胞来源。通过透射电镜（TEM）、Western blot验证CAFs外泌体对COX4I2的递送作用，并检测铁死亡标志物（Fe²⁺/ACSL4/ROS）。动物实验采用裸鼠移植瘤模型评估肿瘤生长。

结果

1. 1.

   预后模型构建：风险评分可显著区分患者生存期（HR=6.5, p<0.001），3年/5年AUC达0.857/0.901。免疫浸润分析显示高风险组与B细胞、CD4⁺ T细胞等显著相关。

2. 2.

   关键基因发现：机器学习联合scRNA-seq锁定COX4I2为CAFs特异性高表达基因，其过表达患者生存期缩短（p<0.05）。

3. 3.

   机制解析：CAFs通过外泌体将COX4I2转移至143B骨肉瘤细胞，导致：

   • •

     铁代谢紊乱：细胞内Fe²⁺水平下降40%（p<0.001）

   • •

     线粒体保护：膜密度降低、嵴结构完整（电镜证实）

   • •

     增殖增强：Edu阳性率提升2.1倍（p<0.001）

4. 4.

   体内验证：过表达COX4I2使移植瘤体积增加58%（p=0.0014），GPX4表达上调提示铁死亡抑制。

讨论

研究首次揭示CAFs通过外泌体COX4I2-铁死亡轴促进骨肉瘤进展的机制：

• •

  临床价值：COX4I2可作为预后生物标志物，其外泌体递送路径（如GW4869靶向干预）具治疗潜力。

• •

  理论创新：突破传统"肿瘤细胞自主性铁死亡调控"认知，阐明基质细胞非细胞自主调控模式。

• •

  局限性：需进一步验证患者组织中外泌体COX4I2的临床相关性。

结论

该研究为骨肉瘤提供了新型铁死亡相关预后工具，并揭示CAFs外泌体COX4I2作为联合治疗靶点，为逆转肿瘤微环境介导的治疗抵抗提供新思路。