整合转录组学分析揭示波多黎各西班牙裔结直肠癌的免疫与分子分期特异性特征

《Frontiers in Immunology》：Integrated transcriptomic profiling reveals immune and molecular stage-specific signatures of colorectal cancer in hispanics living in Puerto Rico

　　

引言：结直肠癌（CRC）仍是全球最常诊断的恶性肿瘤之一，并位居癌症相关死亡主要原因之列。肿瘤进展伴随动态的转录与免疫学改变，尽管已有大量研究描述驱动CRC进展的关键分子改变，但分期特异性差异仍知之甚少。本研究旨在刻画居住在波多黎各的西班牙裔（PRH）人群的转录组改变，以识别相关通路、靶基因及分期特异性免疫与分子特征。方法：研究人员对结直肠组织进行RNA测序（RNA-seq），包括早期CRC（Ⅰ期与Ⅱ期）、晚期CRC（仅Ⅲ期）及癌旁黏膜组织，以阐明调控CRC进展的关键机制。结果：转录组分析揭示各期间存在独特基因表达模式，早期与晚期分别鉴定出1666和1955个差异表达基因（DEGs）。早期CRC显著富集免疫调节相关生物学通路，包括细胞因子信号、上皮屏障功能及组织修复机制，部分反映Wnt信号通路组分的激活。相比之下，晚期（Ⅲ期）CRC呈现免疫抑制性转录谱及促瘤通路激活，包括TNF信号、IL-17与Wnt信号增强、NF-κB信号、血管生成、上皮-间质转化（EMT）及基质重塑。讨论：通路富集分析支持从早期CRC的免疫参与和基质重塑向晚期疾病的免疫逃逸与促转移程序转变（晚期仅含Ⅲ期，未采样转移性的Ⅳ期）。Wnt信号组分在各期均有差异表达，但作为驱动进展的更广泛发育与炎症信号网络的一部分出现。本研究提供初步转录组证据，可为PRH CRC的分期特异性生物标志物发现提供参考，有待在更大队列中进一步验证。

研究背景与立项依据

结直肠癌（CRC）是全球第三大常见癌症与第二大癌症死因，在波多黎各西班牙裔（PRH）人群中发病率居高不下，却长期缺乏针对该遗传混合背景（欧洲、非洲、美洲原住民）人群的转录组与免疫学刻画。传统模型虽已明确APC/CTNNB1突变致Wnt/β-catenin通路在逾90% CRC中失调，以及KRAS、BRAF、TP53等驱动事件，但结构变异与免疫微环境如何随临床分期协同演变，在少数族裔中仍属空白。现有生物标志物研究多基于非西班牙裔白人队列，跨人群基因表达调控差异使结论难以外推。为此，研究人员依托波多黎各家族性结直肠癌登记库（PURIFICAR）开展分期分层转录组学分析，试图在PRH这一高负担且被低估的人群中，界定早期（Ⅰ–Ⅱ期）至晚期（Ⅲ期）CRC的免疫-分子转换节点，为分期适配的生物标志物与精准干预提供群体特异性框架。

主要技术方法概览

研究人员采用两队列设计：发现队列15例PRH CRC患者（早期7例、晚期8例）配对其癌旁黏膜，独立队列9例（早期3、晚期3、健康对照3）来自PURIFICAR登记库（2011–2020年快照冷冻组织）。发现队列行Illumina链特异性总RNA文库构建与NextSeq 550双端测序，经Trimmomatic质控、STAR比对GRCh38、RSEM定量，DESeq2做分期别肿瘤vs癌旁差异表达分析（|log₂FC|>2，padj<0.05）；STRING-db推断蛋白互作网络，clusterProfiler行KEGG基因集富集（GSEA）。独立队列以QuantiNova LNA PCR面板靶向84个Wnt通路基因，GAPDH归一化、ANOVA+Tukey校验，做探索性表达普查而非技术验证。

研究结果

3.1 人口与临床病理特征

发现队列中位确诊年龄61岁，男性占60%，Ⅲ期占53.4%；独立队列各组3例无统计差异。说明样本虽小但分期分层清晰，可用于探索性转录比较。

3.2 分期特异性差异表达基因

PCA显示肿瘤与癌旁整体分离（PC1 11.14%），分期内分离保持。两期共有2726 DEGs：早期独有771、晚期独有1060、共享895。早期顶端上调MAGEA4（log₂FC 34.22）、LIPF、MUCL1、NOTUM；晚期持续高表达MAGEA4（19.29）且WNT2、KLK7/8、H19居前。WNT2、WNT5A、WIF1、IL-17A两期均显著。

3.3 通路富集揭示分期特异性网络激活

早期上调细胞因子-受体互作、IL-17、TNF、Wnt通路，下调细胞色素P450与嘌呤代谢；晚期在保留上述炎症通路同时新增强p53、细胞衰老、NF-κB。表明早期以免疫 Engagement 为主，晚期叠加促生存与促转移通路。

3.4 DEGs蛋白互作网络

早期网络（14簇）核心为IL-1A/IL-1B/IL-17A/CXCL8与WNT1/WNT2/WNT5A/DKK1/DKK2，契合先天免疫与屏障修复；晚期网络（7簇）以MYC、WNT2/3、NOTUM及MMP3/MMP7、TGFB1、VEGFA、SERPINE1为中心，指向ECM降解、血管生成与TGF-β介导免疫抑制。

3.5 独立队列Wnt通路分期表达普查

qPCR普查84基因：经典分支WNT4/WNT6/DVL2/SOX、效应PYGO1/FZD9两期均高于对照；CCND1、MYC随进展显著升高（p<0.05）；CD44、NRCAM早期升晚期回落；CACNA2D3早期降晚期升；晚期特异升高ETS2、FGF20、IL6、PTGS2（COX-2）、CCN4（WISP1），PPARD晚期下调。印证RNA-seq所见Wnt可塑性→固定β-catenin程序转换。

讨论与结论翻译

讨论指出，PRH CRC呈现从早期免疫活跃、促炎微环境向晚期（Ⅲ期）免疫抑制、促转移状态的过渡，伴随经典与非经典Wnt组分渐进失调及APC截短高频背景下的组成型β-catenin驱动。早期IL1A/IL1B/CXCL8与WNT拮抗因子WIF1/DKK1/SFRP4共表达，为非西班牙裔队列未见之人群特异炎症-Wnt对话；晚期IL6/PTGS2/TGFB1持续高表达提示慢性炎症被重编程为耐受信号。作者明示局限：发现队列n=15、晚期仅Ⅲ期无Ⅳ期、qPCR用非配对健康黏膜作基线、部位（结肠vs直肠）与分期部分混杂、缺生存数据、仅转录层未做蛋白验证。

结论节译：本研究界定PRH CRC中分期特异性免疫与Wnt信号改变，揭示从早期免疫激活到晚期（Ⅲ期）免疫抑制伴致癌网络重构的转换；因晚期仅含Ⅲ期，结论限于Ⅲ期，能否外推Ⅳ期未采样本故未定。Wnt通路在西班牙裔/拉丁裔与非西班牙裔白人CRC中的分子差异可能影响发生与治疗反应，而PRH人群内这些通路的分期转录模式此前未被刻画——本研究始于填补此隙。成果为生物标志物发现与治疗分层提供群体框架，并强调分子精度须与公平可及体系并行。

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