综合生物信息学、单细胞和机器学习分析鉴定OIP5-AS1为胃癌中的促癌性ceRNA枢纽

《Computational Biology and Chemistry》：Integrative Bioinformatics, Single-Cell, and Machine Learning Analyses Identify OIP5-AS1 as a Pro-Oncogenic ceRNA Hub in Gastric Cancer

　　**摘要**• 整合scRNA-seq、TCGA、机器学习和SHAP分析，将OIP5-AS1确定为胃癌中的促癌ceRNA枢纽。• OIP5-AS1/miR-20a-5p/ZBTB4轴；在模型中，OIP5-AS1和miR-20a-5p为风险促进因子，ZBTB4为保护性因子。• 在30例胃癌患者中，OIP5-AS1在肿瘤中表达上调，并表现出分级依赖性过表达。• OIP5-AS1敲低诱导细胞凋亡并减少AGS细胞迁移，但直接结合及临床效用仍需进一步验证。**引言**胃癌（GC）因其高发病率和显著死亡率而成为全球主要的健康挑战。尽管早期病例的诊断和治疗有所改善，但晚期诊断的患者预后仍然不佳，五年生存率低得多（L.-W. Wang等，2019；Zheng等，2022）。这凸显了持续研究和更好治疗选择的迫切需求。生物信息学的最新进展，特别是单细胞分析技术，为胃癌复杂的分子构成提供了开创性的见解（Kim等，2022）。这些工具揭示了肿瘤细胞的多样性及其相互作用，这是发现新分子通路和潜在治疗靶点的关键（Wang等，2021）。单细胞RNA-seq也已应用于转移性胃癌，揭示了肿瘤细胞异质性和潜在的治疗靶点（B. Wang等，2021）。单细胞RNA测序进一步解析了原发性胃腺癌的转录异质性，识别出与疾病进展相关的不同细胞群（M. Zhang等，2021）。理解肿瘤内细胞的多样性及其相互作用对于制定靶向治疗以有效对抗这种疾病至关重要（Baghban等，2020）。在基因水平上，长链非编码RNA（lncRNAs）和微小RNA（miRNAs）在控制癌细胞基因活性中发挥重要作用（Kumar等，2022；Saleh等，2024）。例如，lncRNA *OIP5-AS1* 参与多种癌症（包括胃癌）的肿瘤生长和扩散。据报道，*OIP5-AS1* 可促进其他恶性肿瘤（包括肺癌）的增殖（Wang等，2018；Wang等，2022），表明其可能具有更广泛的致癌作用。当这些lncRNA被破坏时，可能影响细胞死亡、运动甚至耐药性等过程，使其成为诊断和治疗的候选靶点（Liu等，2021；Liu等，2022；Peng等，2020）。具体而言，*OIP5-AS1* 已被证明通过海绵吸附miR-641来促进胃癌细胞增殖（L.-W. Wang等，2019）。此外，miR-20a-5p与胃肠道癌症较差的生存率相关，显示其在癌症进展中的重要性（Wang等，2022）。miRNA调节许多细胞过程和基因表达，其活性的变化通常与癌症发展相关（Du, Liu, Luan, Cui, & Li, 2018）。此外，ZBTB转录因子家族（包括ZBTB4）以其在免疫细胞发育和功能中的作用而闻名。虽然ZBTB4在胃癌中的确切作用仍不清楚，但其在免疫调节中的参与表明它可能影响肿瘤环境和机体对癌症的反应（Cheng, He, Gao, Zhao, & Wang, 2021）。新出现的证据表明，*OIP5-AS1* 在胃癌中表达失调，并可能作为竞争性内源RNA发挥作用。生物信息学预测确定miR-20a-5p是*OIP5-AS1* 相互作用的候选miRNA，靶点预测分析提名ZBTB4为miR-20a-5p的下游靶点。因此，我们假设OIP5-AS1/miR-20a-5p/ZBTB4轴可能代表胃癌进展中的推定调控通路。*OIP5-AS1* 因其在其他恶性肿瘤中报道的上调而被优先考虑，miR-20a-5p因其在胃肠道癌症中的环境依赖性作用而被选择，ZBTB4则作为预测的下游靶点（具有推定的肿瘤抑制功能）被纳入。因此，本研究假设lncRNA *OIP5-AS1* 通过推定的miRNA介导机制在胃癌中作为候选致癌调控因子发挥作用。本研究的主要目标是识别、优先排序并功能验证*OIP5-AS1* 作为胃癌中的候选致癌调控因子。具体而言，首先使用整合的单细胞和大量转录组分析来发现并优先排序*OIP5-AS1* 及其推定ceRNA网络，然后通过临床样本和体外模型实验验证其表达和功能作用。本研究旨在通过整合单细胞和大量转录组数据的生物信息学分析与临床样本和体外模型的实验验证，全面研究*OIP5-AS1* 在胃癌进展中的作用、调控网络和临床相关性，以评估其作为候选预后生物标志物和治疗靶点的潜力。**章节摘要****单细胞RNA-Seq数据分析**本研究旨在识别胃癌的细胞类型。为实现此目标，使用R包Harmony和Seurat对来自胃癌样本浅层和深层的单细胞RNA-seq（scRNA-Seq）数据（来自GSE167297）进行整合和分析（Ren等，2025）。质量控制后，去除检测到少于200个或多于5000个基因的细胞、线粒体reads超过10%的细胞以及鉴定为双细胞的细胞，最终数据集包含20,147个细胞。**scRNA-Seq分析**对胃癌组织（4个浅层、4个深层和4个匹配的正常样本）的scRNA-seq分析揭示了显著的瘤内异质性。质量控制后，保留20,147个细胞，聚类为七个主要群体：淋巴样细胞（7,576）、髓样细胞（6,537）、成红细胞（2,111）、杯状细胞（1,944）、血管内皮细胞（987）、基质细胞（655）和淋巴管内皮细胞（337）（图1）。比较浅层和深层肿瘤层与正常组织的差异表达分析。**讨论**胃癌仍然是全球癌症相关死亡的主要原因，这主要是由于缺乏早期症状以及当前治疗手段对晚期疾病疗效有限。这一临床挑战背后的一个重要因素是对启动和驱动肿瘤进展及转移的确切分子机制了解不完整。这一知识空白阻碍了靶向治疗和可靠预后工具的开发，使...**结论**总之，本研究通过多层推定ceRNA轴将*OIP5-AS1* 定位为胃癌进展和预后的候选调控因子。使用机器学习框架，开发并验证了一个基于LASSO的生存模型，该模型将患者分为不同的风险组，具有中等的区分能力。SHAP分析确定OIP5-AS1和miR-20a-5p为模型中的风险促进特征。ZBTB4在提出的...中显示出保护性模型贡献。**临床影响声明**本研究通过分层推定ceRNA网络将*OIP5-AS1* 确定为胃癌预后的候选调控因子。通过将机器学习与SHAP可解释性相结合，提供了一个透明且具有临床相关性的风险模型，该模型以有前景的区分性能对患者进行分层。研究结果强调*OIP5-AS1* 既是候选预后生物标志物，也是潜在的治疗靶点，为精准干预提供了途径，可能改善...**缩写列表**scRNA-Seq：单细胞RNA测序DEGs：差异表达基因TME：肿瘤微环境GC：胃癌lncRNAs：长链非编码RNAmiRNAs：微小RNAt-SNE：t-分布随机邻域嵌入TFs：转录因子**伦理批准与参与同意**本研究在伊朗克尔曼的Afzalipour医院进行，并获得研究生技术大学研究委员会批准（批准号：7.00.3095；2022年3月14日）。所有参与者均获得书面知情同意。对于手术标本，患者在入院时被告知剩余组织将用于研究，由医生在住院病历中记录。**资助**本工作受伊朗国家科学基金会（INSF）资助[资助号：4000157]。**CRediT作者贡献声明****Morteza Hadizadeh：** 写作——初稿，软件，正式分析，数据管理。**Sara Shafieipour：** 写作——初稿，可视化，资源，概念化。**Nahid Askari：** 写作——审阅与编辑，验证，监督，资源，概念化。**利益冲突声明**作者声明，他们不存在可能影响本论文所报告工作的已知竞争经济利益或个人关系。**致谢**作者感谢TCGA研究网络提供公开可用的基因组数据，以及Afzalipour医院临床工作人员在样本收集方面的协助。**竞争利益**作者声明不存在利益冲突。**发表同意**不适用。本手稿不以任何形式包含任何个人数据（如照片、视频或可能识别患者的特定临床细节）。**作者贡献**N.A.构思并监督了本研究。M.H.执行了所有生物信息学...