整合转录组与单细胞测序揭示GBP4在胰腺癌中的预后价值及促癌机制

本研究针对胰腺导管腺癌(PAAD)预后差、治疗手段有限的临床难题，通过整合转录组与单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术，系统解析了GBP4基因在PAAD中的预后意义及分子机制。研究发现GBP4相关预后基因标志物(GBP2/KRT6A/MMP7/BCAT1/SPRR1A)可构建高效风险预测模型(AUC达0.895)，实验验证表明GBP4显著促进胰腺癌细胞增殖、迁移和侵袭能力。该研究为PAAD预后评估提供了新型生物标志物，并为靶向GBP4的治疗策略提供了理论依据。

　　

胰腺导管腺癌(Pancreatic Adenocarcinoma, PAAD)是一种起源于胰腺导管上皮的高度恶性肿瘤，以其隐匿的发病机制、延迟的诊断时间和极差的预后效果而臭名昭著。大多数患者在确诊时已处于疾病中晚期，肿瘤细胞展现出强大的增殖、侵袭和转移能力，严重威胁患者生命健康，五年生存率极低。目前临床采用化疗、放疗和手术等综合治疗方法效果有限，复发率高且副作用显著，导致患者预后较差。在这种严峻的背景下，寻找新的预后相关基因对于PAAD的诊断和治疗具有重要意义。

GBP4(鸟苷酸结合蛋白4)作为鸟苷酸结合蛋白家族成员，在细胞免疫防御中起关键作用。在癌症研究中，GBP家族成员表现出情境依赖性效应，在不同癌症中具有不同功能。虽然GBP4基因已被发现与PAAD患者的某些临床特征相关，但其表达模式和功能仍属未知，其诊断价值也有待深入研究。考虑到GBP4在致癌过程中的显著参与，进一步研究其在PAAD中的生物学功能和分子机制，将为PAAD的诊断和治疗策略提供新视角。

在此背景下，研究人员在《Translational Oncology》发表了题为"Integrated transcriptome and single-cell RNA sequencing analysis revealed the prognostic significance of GBP4 in pancreatic adenocarcinoma"的研究论文。该研究通过整合多组学分析技术和功能实验验证，系统阐述了GBP4在PAAD中的预后价值和分子机制。

研究人员采用的主要技术方法包括：从GEO数据库获取转录组数据集GSE183795和GSE57495，从TCGA数据库获取TCGA-PAAD数据集，以及scRNA-seq数据集GSE155698；通过差异表达分析、单因素Cox回归和LASSO回归筛选预后基因；运用GO、KEGG、GSEA和GSVA进行功能富集分析；采用ssGSEA算法评估免疫细胞浸润；利用Seurat和Monocle软件进行单细胞数据分析；通过Western Blot、CCK-8、伤口愈合和Transwell实验验证GBP4功能；使用裸鼠皮下成瘤实验进行体内验证。

相关功能通路和复杂PPI网络分析

研究首先在GSE183795数据集中鉴定出1289个PAAD与对照组间的差异表达基因(DEGs1)，其中GBP4在PAAD组中表达上调。生存分析显示GBP4高表达组与低表达组间存在显著生存差异。进一步筛选出649个GBP4高、低表达组间的差异基因(DEGs2)，最终获得141个候选基因。功能富集分析表明这些基因显著富集于"细胞分裂"、"核分裂"等生物过程，以及"细胞周期"、"细胞衰老"等KEGG通路。蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络分析揭示了候选基因间复杂的相互作用关系。

5个预后基因的鉴定

通过单因素Cox回归分析筛选出10个与PAAD患者总生存期(OS)相关的候选基因，均与不良预后相关(HR>1)。经比例风险(PH)假设检验和LASSO算法进一步筛选，最终确定5个预后基因：GBP2、KRT6A、MMP7、BCAT1和SPRR1A。

预后基因的染色体和亚细胞定位

染色体定位分析显示GBP2和SPRR1A位于1号染色体，MMP7位于11号染色体，KRT6A位于12号染色体。亚细胞定位预测表明BCAT1定位于细胞核，而GBP2、KRT6A、MMP7和SPRR1A均定位于细胞质。

风险模型的构建与验证

基于5个预后基因构建风险评分模型：风险评分=0.3536×GBP2+0.0823×KRT6A-0.2733×MMP7+0.0842×BCAT1+0.0718×SPRR1A。根据最佳截断值将患者分为高风险组(HRG)和低风险组(LRG)。KM生存曲线显示LRG患者生存概率显著高于HRG(p<0.0001)。ROC曲线分析显示模型在1年、3年和5年的AUC值分别为0.815、0.849和0.895，表明模型具有优秀的预测性能。在TCGA-PAAD数据集中的验证结果进一步证实了模型的有效性和泛化能力。

HRG和LRG的关键功能通路

GSEA分析发现HRG中"细胞周期"通路显著富集，而LRG中"神经活性配体-受体相互作用"、"甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢"等通路富集。GSVA分析显示HRG中"O-聚糖生物合成"、"p53信号通路"等通路上调，而"脂肪酸代谢"等通路下调。

免疫微环境评估

免疫浸润分析发现5种免疫细胞在HRG和LRG间存在显著浸润差异。中央记忆CD8⁺ T细胞在HRG中浸润水平显著较高，而活化B细胞在LRG中浸润水平较高。相关性分析显示中央记忆CD8⁺ T细胞与GBP2、KRT6A、MMP7和SPRR1A呈显著正相关，而活化B细胞与KRT6A呈显著负相关。

药物敏感性分析

发现140种治疗药物在风险组间IC₅₀值存在显著差异。IC₅₀差异最显著的5种药物(elephantin、I.BRD9、MK.2206、sorafenib和uprosertib)在HRG中表现出更高的IC₅₀值。

导管细胞：关键细胞

单细胞分析鉴定出10种细胞类型，包括T细胞、中性粒细胞、导管细胞、巨噬细胞、腺泡细胞等。所有预后基因在PAAD组和对照组的导管细胞中均差异表达，因此将导管细胞确定为关键细胞。

导管细胞中预后基因的动态表达

拟时序分析显示导管细胞随时间分化经历7种不同状态。BCAT1和KRT6A在导管细胞分化后期表达上升，GBP2在分化前期上升后期下降，MMP7在整个分化过程中持续上升，而SPRR1A保持不变。细胞通讯分析发现PAAD组中导管细胞与腺泡细胞、星状细胞和内皮细胞的相互作用比对照组更多，但与B细胞的相互作用减少。

GBP4在胰腺癌中的功能验证

Western Blot分析显示BxPC-3细胞中GBP4表达最高，而CFPAC-1细胞中表达最低。功能实验表明，敲低GBP4显著抑制BxPC-3细胞增殖、迁移和侵袭能力，而过表达GBP4则显著增强CFPAC-1细胞的这些恶性表型。体内实验进一步证实，敲低GBP4显著抑制肿瘤生长，而过表达GBP4则促进肿瘤生长。

研究讨论部分强调，本研究通过整合多组学数据和实验验证，系统阐述了GBP4在PAAD中的预后价值和功能机制。发现的5个GBP4相关预后基因(GBP2、KRT6A、MMP7、BCAT1和SPRR1A)构建的风险预测模型表现出优异的预测性能，在独立数据集中得到验证。机制上，这些基因通过影响细胞周期、代谢重编程和免疫微环境调控参与PAAD进展。单细胞分析揭示了导管细胞作为关键细胞群体，在PAAD发生发展中起重要作用。最重要的是，功能实验证实GBP4通过促进胰腺癌细胞增殖、迁移和侵袭而发挥促癌作用。

该研究的重要意义在于：首先提供了GBP4作为PAAD预后生物标志物的有力证据；其次阐明了GBP4通过调控多个关键生物学过程促进PAAD进展的分子机制；最后通过体内外实验验证了GBP4的促癌功能，为开发靶向GBP4的治疗策略提供了理论基础。这些发现不仅深化了对PAAD发病机制的理解，也为改善PAAD患者预后提供了新的潜在治疗靶点。