《Frontiers in Immunology》：From multi-omics to functional validation: the PTMRS stratifies TME and positions PDGFRB in CRC biology
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本研究构建了一个基于翻译后修饰（PTM）相关基因的风险评分模型（PTMRS），该模型能够稳健地分层结直肠癌（CRC）患者的预后，并将肿瘤内在程序与肿瘤免疫微环境（TIME）特征相关联。研究发现高PTMRS评分与富含基质、免疫"冷"表型相关，并通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）和细胞通讯分析揭示了PTMRS影响细胞间相互作用的机制。实验验证表明，PDGFRβ在结肠成纤维细胞中作为基质枢纽，其激活可促进CRC细胞增殖和迁移，而舒尼替尼（sunitinib）能够逆转这些效应。PTMRS为识别可能受益于免疫治疗联合PDGFRβ靶向治疗的患者提供了新策略。
背景
结直肠癌（CRC）是全球第三大常见恶性肿瘤和第二大癌症死亡原因，尽管治疗手段不断进步，但患者预后仍存在高度异质性。翻译后修饰（PTMs）包括泛素化、磷酸化、乙酰化、甲基化和脂化等，通过调控蛋白质稳定性、定位和功能，在肿瘤发生、发展和转移中发挥关键作用。然而，现有研究多聚焦于单一PTM类型，且PTM信号很少被整合到CRC风险模型中。肿瘤微环境（TME）的组成显著影响肿瘤行为和治疗反应，但PTMs如何重塑CRC TME并调节细胞间通讯尚不清楚。
材料与方法
研究整合了癌症基因组图谱（TCGA）和基因型-组织表达（GTEx）数据集，筛选与预后相关的PTM相关差异表达基因（DEGs）。通过比较101种建模策略，最终选择Cox偏最小二乘（plsRcox）框架构建PTMRS模型，并在多个独立队列和免疫治疗数据集中进行外部验证。利用单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据计算细胞类型特异性PTMRS评分，并基于CellChat进行细胞间通讯分析。在机制探讨方面，研究靶向人结肠成纤维细胞中的血小板衍生生长因子受体-β（PDGFRβ），并评估CRC细胞对其条件培养基的反应。
结果
PTM相关DEGs的筛选与特征分析
通过整合TCGA和GTEx结肠数据集，在预定义的PTM相关基因列表中识别出PTM相关DEGs。热图显示这些基因能稳健区分肿瘤与正常样本。通过单变量Cox回归分析，从PTM相关DEGs中鉴定出30个与CRC患者预后显著相关的PTM相关基因，包括CUL7、AKT3和PDGFRB等危险因素（HR > 1）。功能富集分析表明这些预后相关基因显著富集于蛋白质多聚泛素化、组蛋白修饰等核心PTM相关过程，以及PI3K-AKT和MAPK等经典癌症相关信号通路。
多算法PTMRS模型的构建与综合验证
基于101种建模策略的比较，最终选择plsRcox作为PTMRS构建的最终框架。在TCGA-CRC训练集中，Kaplan-Meier分析显示高PTMRS组患者总生存期（OS）显著短于低PTMRS组。七个独立GEO CRC队列的外部验证均显示一致的预后分层效果。跨癌症评估发现PTMRS在免疫治疗治疗的黑色素瘤和尿路上皮癌队列中也能一致区分生存情况，表明其在一定程度上具有普适性。
PTMRS与肿瘤免疫微环境及关键信号通路的关联分析
高PTMRS组显示出更高的肿瘤免疫功能障碍和排斥（TIDE）评分、免疫排斥评分和癌症相关成纤维细胞（CAF）丰度，表明其具有更强的免疫抑制和基质重塑特征。而活化的树突状细胞、静止记忆CD4+T细胞和初始CD4+T细胞在低PTMRS组中富集。PTMRS与主要组织相容性复合物I类和II类（MHC I和MHC II）、共刺激分子和免疫检查点分子的表达显著相关，突出了其在调节TIME免疫应答中的潜在作用。
单细胞PTMRS评分与结直肠癌TIME中的细胞通讯特征
通过分析两个CRC scRNA-seq数据集，发现PTMRS评分在内皮细胞和T/NK细胞中 consistently较高。CellChat分析显示，高PTMRS组的细胞间相互作用数量少于低PTMRS组，特别是上皮细胞与其他区室之间的相互作用减弱，而高PTMRS组中的成纤维细胞表现出特别强的信号输出。
PDGFRB作为PTMRS网络中的核心节点
在构成PTMRS的关键基因中，PDGFRB因其同时满足三个条件而被确定为网络核心节点：在生存分析中作为不良预后因素、与复合PTMRS呈正相关，以及与上调免疫抑制途径的TME重塑功能相关。相关性分析显示PDGFRB表达与PTMRS显著正相关，Kaplan-Meier分析表明低PDGFRB表达患者总生存期更好。免疫组织化学数据显示肿瘤组织中PDGFRB表达明显高于正常组织。
PDGFRβ在肿瘤相关成纤维细胞中的扰动对CRC细胞表型的影响
体外功能实验表明，PDGF-BB刺激可有效激活人结肠成纤维细胞CCD-18Co中的PDGFRβ磷酸化，而舒尼替尼处理能显著抑制此活化。将不同处理的条件培养基（CM）应用于CRC细胞后发现，PDGF-BB CM显著增强HCT116和DLD-1细胞的增殖活性和迁移能力，而舒尼替尼CM将这些效应逆转至基础水平。细胞因子检测发现PDGFRβ激活特异性上调成纤维细胞分泌CCL5和CXCL12，而IL-6、IL-10和TGF-β1水平无显著变化。
讨论
PTMRS模型将分子修饰信号、TIME和临床结局三个支柱整合在一起。高PTMRS肿瘤通常表现出增强的基质活性、减少的免疫浸润和更重的染色体拷贝数增加负担，这些特征与免疫"冷"表型一致。研究结果与共识分子亚型（CMS）中的CMS4表型高度吻合，后者以显著的基质活化為特征。PDGFRB作为基质生物标志物，与基质活化、异常血管生成和受限的免疫浸润紧密相关，可能是连接高PTMRS状态与免疫抑制TME的关键桥梁。
结论
PTMRS将PTMs维度纳入CRC风险分层，作为一个强大的预后评估模型。通过整合染色体不稳定性、单细胞信号特征和TIME，该模型具有相对清晰的机制基础并显示出潜在的临床适用性。功能实验表明靶向PDGFRβ可显著影响CRC细胞的生长和进展。未来，将免疫治疗与针对关键PTM相关通路的药物相结合可能会进一步提高治疗效果。
