整合多组学分析鉴定SMIM24为透明细胞肾细胞癌中有利预后生物标志物

《Functional & Integrative Genomics》：Integrative multi-omics analysis identifies SMIM24 as a favorable prognostic biomarker in clear cell renal cell carcinoma

　　

透明细胞肾细胞癌（clear cell renal cell carcinoma, ccRCC）表现出显著的分子和临床异质性，导致疾病进展和治疗结局的差异。研究人员先前鉴定了一种去透明细胞分化（de-clear cell differentiation, DCCD）肿瘤状态，其特征为典型透明细胞特征的丧失和侵袭性临床行为。本研究旨在将DCCD相关生物学转化为预后框架，并探索其潜在的分子基础。以TCGA-KIRC作为训练队列，研究人员开发了一个五基因预后特征，包括COL7A1、IGFN1、AJAP1、SMIM24和ADGRV1，该特征在多个公共和机构队列中一致地对患者生存进行分层。与SSIGN、Leibovich和ClearCode34样模型的比较表明，DCCD特征提供了互补的预后信息。高风险肿瘤表现出增强的增殖和侵袭程序、增加的IL6-JAK-STAT3通路活性以及免疫排斥微环境。在回顾性治疗队列中也观察到与治疗反应的关联。对bulk和单细胞转录组学、空间转录组学、组织微阵列、CPTAC蛋白质组学和分子相互作用网络的整合分析，将SMIM24鉴定为一种与良好结局和保留代谢程序相关的上皮相关因子。功能实验表明，SMIM24过表达抑制了ccRCC细胞中的迁移、侵袭、三维球体侵袭和克隆形成生长，同时伴有JAK1和STAT3磷酸化降低以及PD-L1表达下降。用Colivelin药理学激活STAT3可部分恢复SMIM24过表达细胞中的PD-L1表达。总之，这些发现支持DCCD相关预后框架的可重复性，并将SMIM24鉴定为ccRCC侵袭性和PD-L1表达的候选抑制因子，其作用可能部分通过降低STAT3激活介导。

透明细胞肾细胞癌（clear cell renal cell carcinoma, ccRCC）是肾细胞癌最常见的组织学亚型，具有显著的分子和临床异质性，导致疾病进展和治疗结局存在差异。现有分期系统（如肿瘤分期和分级）对预后判断的区分能力有限，提示整合分子信息有望改善风险分层。研究人员先前基于多组学分析鉴定出“去透明细胞分化”（de-clear cell differentiation, DCCD）亚型，该亚型丧失典型透明细胞特征，与侵袭性临床行为相关。本研究旨在将DCCD相关生物学特征转化为可临床应用的预后工具，并探索其分子基础。研究人员通过综合分析开发了基于DCCD特征的五基因预后模型，并在多个独立队列中验证，发现该模型与患者生存、免疫治疗反应及肿瘤微环境特征显著相关，最终鉴定SMIM24为与良好预后相关的关键分子，并通过功能实验验证其抑制肿瘤侵袭和PD-L1表达的机制。该研究发表于《Functional》。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：利用TCGA-KIRC（训练队列）及E-MTAB-3627、E-MTAB-1980、GSE22541等外部验证队列的转录组数据，通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）、共识聚类、LASSO Cox回归和多变量Cox回归构建五基因预后模型。整合单细胞RNA测序（21例ccRCC样本，来源GSE156632、GSE210042及Kevin Bi等数据集）、空间转录组学（6个切片，包括内部数据集和GSE210041）和组织微阵列（Tongji医院队列，含DCCD和非DCCD亚型）进行多维度分析，并利用CPTAC蛋白质组学（110例肿瘤和84例正常组织）验证蛋白水平。功能实验采用ccRCC细胞系786-O和769-P进行过表达研究。

研究结果如下：

**1. 鉴定DCCD相关分子亚型及其临床和免疫特征**：通过WGCNA识别出与DCCD评分最相关的ME3模块，取前200个枢纽基因进行共识聚类，将TCGA-KIRC队列分为C1和C2两个亚型。C2亚型具有更高的DCCD评分、更差的总体生存期（OS）、疾病特异性生存期（DSS）和无进展间期（PFI），并在E-MTAB-1980队列中验证。C2亚型免疫细胞浸润水平整体较高，但呈免疫排斥微环境特征。

**2. 两个分子亚型间的差异表达基因分析和功能富集**：比较C2与C1亚型，在TCGA-KIRC和E-MTAB-1980中鉴定出共享差异表达基因（DEGs）。基因本体（GO）富集分析显示这些基因主要参与细胞外基质（ECM）组织、胶原蛋白相关结构等；KEGG通路分析富集于ECM-受体相互作用、矿物质吸收等通路。

**3. 基于DCCD的预后模型构建及多队列验证**：对680个DEGs进行单变量Cox回归，筛选580个显著基因，经LASSO和逐步Cox回归最终确定COL7A1、IGFN1、AJAP1、SMIM24和ADGRV1五个基因，构建风险评分公式。在TCGA-KIRC训练队列中，高风险组OS显著更差，1、3、5年AUC分别为0.76、0.77、0.79。在E-MTAB-1980、GSE22541和E-MTAB-3267三个外部验证队列中均得到类似结果。风险评分与临床病理特征（高龄、转移、晚期肿瘤）显著相关，C2亚型风险评分更高。

**4. 风险组间的功能通路活性、免疫特征、免疫治疗反应和药物敏感性**：高风险组富集上皮-间充质转化（EMT）、IL6-JAK-STAT3信号、E2F靶点、G2M检查点等通路，具有更高的肿瘤免疫功能障碍和排斥（TIDE）评分和免疫排斥评分，ESTIMATE分析显示间质、免疫和ESTIMATE评分升高，免疫检查点基因（CTLA4、PDCD1、LAG3、TIGIT）表达上调。药物敏感性分析显示高风险组对多西他赛、顺铂等更敏感，低风险组对吉西他滨、帕唑帕尼等更敏感。

**5. 风险模型在治疗队列中的表现及预后列线图构建**：在IMmotion151舒尼替尼队列和阿替利珠单抗+贝伐珠单抗队列中，高风险组OS显著更差，疾病进展（PD）比例更高。在CheckMate和JAVELIN队列中同样验证。多变量Cox回归显示风险评分是独立预后因子（HR=3.24）。构建的列线图校准曲线和决策曲线分析显示良好预测效能。与SSIGN、Leibovich和ClearCode34样模型比较，DCCD模型提供互补预后信息，联合模型C指数和AUC均有提升。

**6. 内部验证及预后特征基因在ccRCC中的空间表达模式**：在Tongji和FAHZZU内部队列中，高风险组RFS和OS显著更差，AUC值在0.73-0.94之间。Tongji队列中高风险组DCCD亚型占比超过90%。组织微阵列免疫组化（IHC）验证了COL7A1、IGFN1在DCCD中高表达，SMIM24在非DCCD中高表达，蛋白水平风险评分同样与预后相关。CPTAC蛋白质组学分析显示SMIM24蛋白在肿瘤组织中显著低于正常组织，高SMIM24组富集氧化磷酸化通路。空间转录组学显示SMIM24在非DCCD肿瘤中主要定位于上皮区域，在DCCD肿瘤中表达显著减少且呈散在分布。

**7. 单细胞分析鉴定出ccRCC中独特的SMIM24⁺上皮亚群**：整合单细胞RNA-seq数据，SMIM24主要在上皮细胞中表达，其他四个基因表达低或无。将上皮细胞亚群分为SMIM24⁺和SMIM24^-，SMIM24⁺上皮细胞富集氧化磷酸化和脂肪酸代谢，抑制EMT和IL6-JAK-STAT3信号，恶性功能状态（EMT、侵袭、转移、血管生成）评分较低。SMIM24表达与患者良好预后相关，与PD-L1表达呈负相关，SMIM24⁺上皮细胞与免疫细胞有更多相互作用。

**8. 空间表征SMIM24高和SMIM24低上皮区域间的恶性功能差异**：在三个空间转录组切片中，SMIM24低表达的上皮区域具有更高的侵袭、转移、增殖和干性评分。跨队列相关性和网络分析显示SMIM24与肾上皮转运/代谢特征正相关，与IL6-JAK-STAT3、EMT、PD-1/PD-L1等特征负相关，STRING网络分析显示SMIM24相关基因富集于脂肪酸β氧化和代谢过程。

**9. SMIM24减弱ccRCC细胞侵袭性并与PD-L1表达降低相关**：功能实验显示，SMIM24过表达在786-O和769-P细胞中抑制迁移、侵袭、三维球体侵袭和克隆形成，同时降低JAK1和STAT3磷酸化及PD-L1蛋白水平。免疫荧光验证了SMIM24上调伴随PD-L1信号减弱。Colivelin（STAT3激活剂）处理可部分恢复SMIM24过表达细胞中的PD-L1表达，提示SMIM24至少部分通过抑制STAT3激活来下调PD-L1。

讨论部分总结：本研究基于DCCD表型开发了ccRCC预后模型，高风险肿瘤与增殖和侵袭活性增强、免疫排斥微环境相关，而低风险肿瘤保留上皮特征和有利免疫特性。通过整合bulk转录组数据与空间和单细胞分析，鉴定出SMIM24为与这些肿瘤状态和临床结局差异相关的上皮相关基因。该研究报道了与ccRCC中DCCD表型相关的预后模型。高风险肿瘤与增殖和侵袭活性增强以及免疫排斥肿瘤微环境相关，而低风险肿瘤保留了上皮特征并显示出更有利的免疫特征。通过整合bulk转录组数据与空间和单细胞分析，研究人员鉴定出SMIM24为与ccRCC中这些肿瘤状态和临床结局差异相关的上皮相关基因。