学术研究报告：揭示神经浸润作为癌症新标志物的研究

第一作者及机构
本研究由哈尔滨医科大学的Qi Dong（董琪）和Yingying Guo（郭莹莹）作为共同第一作者主导，通讯作者为哈尔滨医科大学的Yunyan Gu（谷云燕）、Haihai Liang（梁海海）和Yang Hui（惠阳）。研究团队来自哈尔滨医科大学生物信息科学与技术学院、基础医学院生物化学与分子生物学系、药学院等多个部门。该研究于2025年2月17日发表在*Briefings in Bioinformatics*期刊（2025年第26卷第1期，文章编号bbaf082），是一篇开放获取文章，遵循知识共享许可协议（CC BY 4.0）。

学术背景
近年来，癌症神经科学（cancer neuroscience）逐渐成为肿瘤微环境（tumor microenvironment, TME）研究的热点领域。神经系统通过电化学信号、旁分泌因子、神经递质等方式与癌细胞相互作用，调控肿瘤的发生、生长、侵袭和转移。然而，目前对肿瘤微环境中神经浸润（neural infiltration）的系统性评估仍存在空白。本研究旨在提出一种基于转录组的“癌症相关神经浸润评分”（c-neural score），用于量化神经信号在多种癌症类型中的影响，并探讨其作为癌症新标志物（hallmark）的潜力。

研究流程
1. 数据收集与预处理
- 研究整合了10种癌症类型的40个批量RNA测序（bulk RNA-seq）数据集和55个单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据集，涵盖头颈鳞癌（HNSC）、胰腺导管腺癌（PDAC）、非小细胞肺癌（NSCLC）等。
- 从公共数据库和文献中收集了1889个神经相关基因（neural genes），并通过单侧Wilcoxon秩和检验筛选出癌症特异性差异表达神经基因（differentially expressed neural genes, DEG-Ns）。

1. c-neural score的计算与验证

   • 对于批量RNA-seq数据，使用基因集变异分析（GSVA）方法计算c-neural score，公式为：
     [ \text{c-neural score} = \text{GSVA(DEG-N}{\text{up}}) - \text{GSVA(DEG-N}{\text{down}}) ]
     
   • 对于单细胞数据，采用UCell算法计算评分，并通过中位数将样本分为高分组和低分组。
     

2. 临床与分子特征关联分析

   • 在TCGA和独立数据集中，分析c-neural score与临床病理特征（如神经周围浸润PNI、复发、转移、分期分级）的关联。
     
   • 通过基因集富集分析（GSEA）探讨c-neural score与癌症标志性通路（如基因组不稳定、细胞衰老、上皮-间质转化EMT）的关系。
     

3. 单细胞分辨率下的神经浸润异质性

   • 在55个scRNA-seq数据集中，评估不同细胞类型的c-neural score分布，发现上皮细胞（epithelial cells）评分最高，而肥大细胞（mast cells）和内皮细胞（endothelial cells）评分较低。
     
   • 进一步将胰腺癌上皮细胞分为高c-neural score（epi-highCNS）和低评分组（epi-lowCNS），分析其拷贝数变异（CNV）、分化状态和代谢特征。
     

4. 细胞间通讯与功能实验

   • 使用CellChat软件分析epi-highCNS与施万细胞（Schwann cells）的相互作用，发现纤维连接蛋白1（FN1）信号通路是关键媒介。
     
   • 通过共培养实验证明，施万细胞通过上调电压依赖性阴离子通道1（VDAC1）促进胰腺癌细胞（PANC-1）的增殖、迁移和EMT进程。
     

5. 免疫治疗与药物预测

   • 在黑色素瘤和NSCLC的免疫治疗队列中，高c-neural score患者对免疫检查点抑制剂（ICI）响应更佳。
     
   • 药敏分析显示，高评分黑色素瘤患者可能受益于MEK抑制剂曲美替尼（trametinib）。
     

主要结果
1. c-neural score与癌症恶性特征正相关
- 在PNI阳性、晚期或复发肿瘤中评分显著升高（p<0.05），且与患者不良预后显著相关（TCGA队列HR=1.8, p=0.003）。
- 单细胞分析显示，epi-highCNS具有更高的CNV负荷、更低的分化程度和更强的OXPHOS代谢活性。

1. 施万细胞通过VDAC1驱动肿瘤进展

   • 免疫荧光和IHC证实，VDAC1在PNI阳性胰腺癌组织中与施万细胞标志物S100B共定位。
     
   • 敲除VDAC1可抑制PANC-1细胞在施万细胞条件培养基（SC-CM）中的迁移和侵袭能力（Transwell实验迁移率下降60%）。
     

2. 免疫微环境调控

   • 高c-neural score肿瘤中CD8+ T细胞和M1型巨噬细胞浸润增加，且PD-L1（CD274）表达上调（Spearman r=0.42, p<0.001）。
     

结论与意义
本研究首次系统性地提出“神经浸润”作为癌症新标志物，其科学价值体现在：
1. 理论层面：揭示了神经系统通过VDAC1-FN1轴调控肿瘤恶性表型的分子机制，丰富了癌症神经科学的内涵。
2. 临床应用：c-neural score可作为预后标志物和免疫治疗响应预测工具，曲美替尼或为高评分患者潜在治疗选择。

研究亮点
- 方法创新：整合bulk与单细胞转录组数据，开发跨癌种适用的神经浸润评分体系。
- 发现新颖：首次报道施万细胞-VDAC1轴在胰腺癌EMT中的关键作用。
- 转化潜力：为靶向神经-肿瘤互作的联合治疗策略提供依据。

其他价值
研究还发现，神经信号通过MIF-CD74通路调控CD8+ T细胞功能，这为理解肿瘤免疫逃逸提供了新视角。数据与代码已公开，支持后续研究拓展至其他癌种。