膀胱尿路上皮癌肿瘤微环境中单细胞RNA结合蛋白模式介导的分子亚型研究

第一作者及机构
本研究的共同第一作者为Jun Zhang（青海大学附属医院泌尿外科）和Jiejie He（青海大学附属医院肿瘤外科）。通讯作者为Wei Ma（青海大学附属医院外科）和Yan Li（青海大学附属医院妇科肿瘤科）。合作单位包括武汉瑞兴生物科技有限公司、青海大学医学院等。研究发表于期刊Oncologie 2024年第26卷第4期，开放获取发布于2024年5月27日。

学术背景
膀胱癌（Bladder Carcinoma, BC）是泌尿系统常见恶性肿瘤，其中尿路上皮癌占比超90%。非肌层浸润性（NMIBC）与肌层浸润性（MIBC）亚型具有不同的分子特征和预后。肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）的异质性对癌症进展至关重要，尤其是免疫细胞（如T细胞）与肿瘤细胞的互作机制尚未完全阐明。RNA结合蛋白（RNA-Binding Proteins, RBPs）作为转录后调控的关键因子，在可变剪接（Alternative Splicing）和肿瘤代谢重编程中发挥重要作用，但其在膀胱癌单细胞水平的表达模式与TME的关联仍缺乏系统性研究。本研究旨在通过单细胞转录组测序（scRNA-seq）揭示RBP基因在膀胱癌中的分子亚型及其对TME的调控机制，为精准治疗提供新靶点。

研究流程与方法
1. 数据整合与预后相关RBP筛选
- 数据来源：整合TCGA-BLCA（膀胱尿路上皮癌）队列的转录组数据（n=406）、单细胞数据集GSE135337（7例肿瘤+1例癌旁）和PRJNA662018（8例肿瘤+3例正常黏膜）。
- RBP筛选：从文献中提取2,141个RBP基因，通过单变量Cox回归分析（p<0.05）筛选出321个与患者预后显著相关的RBP基因。
- 分子分型：采用非负矩阵分解（NMF）算法将TCGA样本分为3个亚型（Cluster 1/2/3），其中Cluster 1和3患者总生存率显著低于Cluster 2（p<0.05）。

1. 单细胞数据分析

   • 预处理：使用Seurat包（v4.0.4）对单细胞UMI矩阵进行质控（剔除线粒体基因占比>15%或基因数<500的细胞），整合后通过PCA降维和t-SNE聚类，鉴定出22种细胞类型。
     
   • RBP表达模式：基于321个RBP基因对上皮细胞和T细胞进行亚群划分。发现上皮细胞中RBP基因呈现高度异质性，高分级肿瘤中FASN、SERBP1等基因显著上调（logFC>0.5，p<0.05）。
     
   • 细胞互作分析：通过CellChat软件解析上皮细胞与T细胞的配体-受体对，发现高分级样本中MIF-CXCR4信号通路激活。

2. 功能验证与机制探索

   • 蛋白互作网络：通过Metascape构建RBP的PPI网络，发现调控模块富集于RNA剪接和翻译相关通路。
     
   • 临床关联：免疫组化验证PRDX1和SERBP1蛋白在高/低分级膀胱癌中的差异表达（Human Protein Atlas数据支持）。

主要结果
1. 预后相关RBP亚型：NMF分型显示，Cluster 3全部为高分级肿瘤，且生存率最低；其上调基因富集于细胞周期和迁移通路（如ECM相关基因）。
2. 单细胞异质性：上皮细胞中RBP基因拷贝数变异（CNV）显著，高分级样本中TRA2A、P4HB等基因表达升高。SERBP1通过调控组蛋白甲基化促进恶性表型，FASN通过脂代谢促进肿瘤增殖（与既往研究一致）。
3. 免疫微环境特征：记忆性CD4+ T细胞（Cluster 20）在高分级样本中占比增加，且与上皮细胞的互作减弱。MIF-CXCR4通路可能介导上皮-间质转化（EMT）。

结论与价值
本研究首次在单细胞层面解析了膀胱癌RBP基因的分子亚型，揭示了其通过调控可变剪接和免疫微环境驱动肿瘤进展的机制。关键发现包括：
1. 诊断价值：RBP基因标记（如FASN、SERBP1）可区分膀胱癌分级，为液体活检提供潜在标志物。
2. 治疗靶点：MIF-CXCR4通路或成免疫治疗新方向，FASN抑制剂可能抑制肿瘤增殖。
3. 方法论创新：结合NMF分型与单细胞网络分析，为肿瘤异质性研究提供新范式。

研究亮点
1. 跨尺度整合：首次联合TCGA大样本与单细胞数据，系统性关联RBP表达与临床预后。
2. 技术突破：开发基于SCENIC算法的RBP-靶基因共表达网络，解析转录后调控机制。
3. 临床转化潜力：鉴定SERBP1等可干预靶点，推动膀胱癌精准分型与个体化治疗。

局限性：样本量较小（单细胞数据仅15例肿瘤），需多中心验证；RBP功能机制需进一步实验证实。未来可探索RBP风险模型联合免疫治疗疗效预测。