AI驱动多组学整合揭示MYL9+肌成纤维细胞经TGF-β/Smad7信号轴调控肾癌微环境与免疫联合治疗

《Genes & Diseases》：AI-driven multi-omics integration uncovers MYL9+ myofibroblasts as regulators in cancer via TGF-β/Smad7 signaling

　　

研究人员采用AI（人工智能）驱动的多组学整合策略，将单细胞与空间转录组学同计算建模及智能特征挖掘相结合，全面绘制肾癌（KC）的基质结构。该策略稳健识别MYL9（肌球蛋白调节轻链）为特异性富集于促肿瘤性肌成纤维细胞的关键基质特征，并揭示其与炎症-血管生成信号通路密切相关。在AI驱动多组学分析见解的指导下，研究人员通过实验验证MYL9敲低显著削弱细胞收缩性、迁移和增殖。机制上，MYL9在Asn95位发生N-糖基化（N-glycosylation），该修饰对白细胞介素（IL）-6、IL-1β、IL-7及血管生成因子的分泌至关重要；N95Q突变可消除该功能。MYL9⁺肌成纤维细胞促进炎症-血管生成轴，驱动上皮-间质转化（E-cadherin下调、N-cadherin上调），并诱导CD8⁺ T细胞耗竭。相反，MYL9沉默逆转这些表型并恢复抗肿瘤T细胞功能。受AI衍生生物学见解启发，研究人员设计了靶向MYL9联合PD-1（程序性死亡受体1）免疫检查点阻断的联合治疗。体内实验表明，该双重干预协同抑制肿瘤生长并减弱炎症-血管生成信号，优于任一单药治疗。该研究说明AI驱动多组学可精确揭示连接基质力学、免疫调节与疾病进展的中心分子枢纽。通过AI驱动分析框架识别的MYL9⁺肌成纤维细胞代表功能定义的基质亚群，不仅增进对KC发病机制的理解，也为基于肿瘤微环境重编程的精准联合治疗提供新靶点。该工作强调人工智能在阐明疾病机制和加速精准医学方面的变革性潜力。

Lexin Wang等围绕肾癌（KC）肿瘤微环境（TME）的高度空间异质性及其对预后和治疗耐药的影响开展研究。既有分析手段难以解析基质-免疫互作，且MYL9⁺肌成纤维细胞在KC中的调控网络、TGF-β/Smad7通路作用、N-糖基化修饰及PD-1治疗耐药机制尚不明确。该研究发表于《Genes》，通过AI驱动多组学整合与功能验证，提出MYL9⁺肌成纤维细胞是连接基质重塑、炎症-血管生成、上皮-间质转化（EMT）和免疫抑制的关键枢纽，并支持靶向MYL9联合PD-1免疫检查点阻断的转化意义。方法概述：研究人员整合TCGA与GEO批量转录组、GSE159115单细胞RNA测序（scRNA-seq，6例ccRCC）、空间转录组（GSM5924036、GSM5924040、GSM5924051、GSM5924052、GSM5924041）及TCGA-KIRC数据，并采用宁夏总医院泌尿外科人体组织标本；运用AI/机器学习、Seurat/Harmony聚类、CellChat/NicheNet细胞通讯、cell2location/COMMOT空间映射、非负矩阵分解（NMF）、CytoTRACE、数字病理与生存分析，以及shRNA敲低、qRT-PCR、ELISA、Western blot、免疫荧光、Transwell/划痕/CCK-8、皮下成瘤、PD-1联合干预、分子对接/动力学和N95Q突变验证。
研究结果：①MYL9⁺肌成纤维细胞是促肿瘤蛋白诱导的复杂TME类型：基于GSE159115单细胞和空间转录组及cell2location映射，研究人员注释细胞亚群并划分ROI，发现MYL9⁺肌成纤维细胞与CXCL14、IL7、IL6、CCL21等炎症因子空间共定位，表明其构建促炎基质生态位。②TGF-β连接肌成纤维细胞驱动的基质重塑与KC TME中T细胞耗竭：空间转录组、细胞通讯和空间拟时序分析显示肌成纤维细胞邻近T细胞，TGF-β通路在进展期肌成纤维细胞中活性增强并与T细胞耗竭一致，MYL9共调控PD-L1等免疫检查点分子。③MYL9⁺肌成纤维细胞亚群通过协同血管生成-炎症驱动KC恶性TME：基因本体（GO）和KEGG通路富集、基因集富集分析（GSEA）和NMF显示MYL9位于C3亚群且权重最高，与血管生成基因及IL-7等促炎因子相关，形成促血管生成与炎症协同环路。④MYL9⁺肌成纤维细胞基因作为基质重塑枢纽通过CAF（癌症相关成纤维细胞）特征激活驱动KC进展：对TCGA中63例KC组织切片进行数字病理分区和相关性分析，发现MYL9等CAF特征基因与侵袭前沿基质反应及恶性表型相关。⑤MYL9⁺肌成纤维细胞分化轨迹驱动KC TME与恶性进展：NMF和CytoTRACE显示MYL9⁺肌成纤维细胞-C0位于分化轨迹起点，MYL9表达与分化潜能正相关并随肿瘤进展动态下调。⑥MYL9⁺肌成纤维细胞在透明细胞肾细胞癌（ccRCC）中的空间分布与预后意义：空间转录组显示MYL9⁺肌成纤维细胞在5例ccRCC样本中主要位于肿瘤-基质界面和纤维化区域，TCGA-KIRC生存分析显示MYL9高表达与较差总生存期（OS）相关。⑦MYL9表达下调减少慢性炎症表达并抑制复杂TME：shRNA敲低Caki-1和A-498后，CCK-8、活性氧（ROS）及qPCR/ELISA显示增殖和炎症因子IL-6、IL-7、IL-1β降低，CXCL14、CCL21升高。⑧MYL9下调通过TGF-β1/Smad7信号通路抑制血管生成和EMT：Transwell、划痕、皮下成瘤、qPCR和免疫荧光显示MYL9沉默降低侵袭和肿瘤生长，下调BTG1、ACVRL1、TNFSF12、ROBO4并上调EMCN，抑制TGF-β1/Smad7及EMT。⑨抑制MYL9-N95糖基化修饰降低肿瘤细胞迁移和侵袭：分子对接/动力学和N95Q突变实验显示Asn95位N-糖基化参与IL-6、IL-1β、IL-7及血管生成因子分泌，N95Q降低迁移侵袭、EMT和TGF-β/Smad7活性并减少小鼠肿瘤体积。⑩PD-1联合MYL9免疫靶向治疗的前景：C57BL/6皮下瘤模型中sh-MYL9+PD-1较单药进一步缩小肿瘤体积和重量，抑制迁移侵袭并逆转TGF-β1/Smad7。?抑制MYL9增强抗PD-1治疗和CD8⁺ T细胞应答：人肾癌组织免疫荧光显示肿瘤组织MYL9升高伴T细胞功能受损，联合治疗后CD3⁺及CD8⁺ T细胞活性增强。
讨论部分总结：讨论指出复杂TME驱动肿瘤进展和不良结局；既有研究显示CAF中MYL9经ERK1/2促进免疫抑制介质，招募M2巨噬细胞、抑制树突状细胞（DC）并形成免疫抑制生态位，且MYL9高表达与免疫检查点阻断反应降低和生存差相关。该研究的AI多组学结果与功能验证支持MYL9为TME重塑关键调控因子；MYL9沉默降低促炎/促血管介质并恢复EMCN，TGF-β/Smad轴受抑；CIBERSORT显示MYL9与CD8⁺ T细胞浸润及PD-L1/CD274、CD80、CD276异常表达相关；PD-1阻断联合MYL9沉默协同增效；Asn95位N-糖基化是MYL9功能关键结构决定因素，N95Q减弱炎症、EMT和TGF-β/Smad7激活。局限性是缺乏可用RC成纤维细胞系，体外验证使用Caki-1和A-498肿瘤细胞系，MYL9的成纤维细胞特异性功能未直接证实；未来需原代RCC-CAF、成纤维细胞特异性遗传模型和独立临床队列验证。研究结论翻译：通过多组学分析，该研究全面证实了MYL9⁺肌成纤维细胞在KC中的功能作用与空间动态，表明其在TME重塑、免疫逃逸和恶性进展中的关键作用。基于单细胞转录组学与空间转录组学整合及功能验证，MYL9在血管生成-炎症相互作用和EMT中受TGF-β1/Smad7信号通路调控。此外，靶向MYL9有效抑制肿瘤生长并提高PD-1免疫治疗疗效。这些发现不仅加深了对KC基质可塑性的理解，也强调MYL9作为基质重编程策略潜在治疗靶点的重要性。