多组学整合分析构建食管鳞状细胞癌失巢凋亡预后模型及TIMP1功能研究

《BMC Cancer》：Integrative single-cell and bulk transcriptomic analyses identify timp1 as a candidate regulator of anoikis resistance and metastatic potential in esophageal squamous cell carcinoma

摘要

背景

失巢凋亡是一种发生在细胞与细胞外基质脱离时的程序性细胞死亡形式，抗失巢凋亡被认为是肿瘤细胞侵袭和远处转移的关键机制。然而，食管鳞状细胞癌（ESCC）中调控失巢凋亡的分子机制尚不清楚。本研究旨在通过整合多组学分析识别关键的失巢凋亡相关基因（ARGs），构建预后模型，并进一步评估 TIMP1 在 ESCC 中的功能相关性。

方法

首先，对食管鳞状细胞癌单细胞 RNA 测序数据进行整合分析，通过计算失巢凋亡评分评估不同细胞类型的失巢凋亡特征，随后识别相关的差异表达基因（DEGs）。随后，基于 GSE53625 队列进行加权基因共表达网络分析（WGCNA），并利用宏基因转录组 DEGs 与单细胞 DEGs 的重叠部分来识别关键 ARGs。使用单因素 Cox 回归和最小绝对收缩和选择算子（LASSO）Cox 回归建立预后风险评分模型，并在癌症基因组图谱（TCGA）队列中进行验证。随后构建了整合临床病理特征的列线图。最后，通过体外功能实验和体内裸鼠皮下异种移植生长及肺转移模型验证了 TIMP1 在 ESCC 中的生物学作用。

结果

单细胞分析揭示了不同细胞类型间失巢凋亡评分的异质性。通过整合 WGCNA 和多组学分析，共识别出 428 个候选 ARGs。使用 LASSO-Cox 回归构建的七基因风险模型（ATP8B3、KIF18B、TIMP1、BCAT1、SLC39A6、CLEC6A 和 TNS3）在 GSE53625 和 TCGA 队列中均显示出对患者预后的预测价值。功能实验表明，TIMP1 敲低可抑制 ESCC 细胞增殖、迁移、侵袭和集落形成，同时降低抗失巢凋亡能力并促进凋亡。此外，体内实验表明，TIMP1 敲低抑制了皮下肿瘤生长并减少了实验性肺定植。

结论

本研究通过整合单细胞和宏基因转录组分析，开发了一种食管鳞状细胞癌的失巢凋亡相关预后模型，并将 TIMP1 确定为与抗失巢凋亡相关的候选基因。功能实验显示，TIMP1 缺失伴随 ESCC 细胞恶性表型降低和失巢凋亡敏感性增加。然而，本研究未表征连接 TIMP1 与抗失巢凋亡表型的下游信号介质和直接分子相互作用。这些发现支持了 TIMP1 的潜在预后相关性，并为进一步的机制和转化研究提供了依据。