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乳酸化相关特征的多维方法揭示结直肠癌预后和治疗见解

期刊:journal of translational medicineDOI:10.1186/s12967-024-04955-9

这篇文档属于类型a(单篇原创研究论文),以下是针对该研究的学术报告:


一、研究团队与发表信息
本研究由huixia Huangkeji Chenyifei Zhu等共同完成(贡献均等),通讯作者为dawei Liping Wei,团队来自复旦大学附属肿瘤医院(Fudan University Shanghai Cancer Center)及复旦大学病理学研究所。研究成果发表于Journal of Translational Medicine(2024年,卷22期211),开放获取(Creative Commons Attribution 4.0许可)。


二、学术背景与研究目标
科学领域:研究聚焦于蛋白质翻译后修饰(PTM)中的乳酸化修饰(lactylation)在结直肠癌(CRC)中的作用,结合代谢重编程与肿瘤免疫微环境(TME)的交叉领域。
研究动机:尽管乳酸化修饰在巨噬细胞极化等过程中已被报道,但其在CRC中的全局分布、非组蛋白乳酸化功能及其与免疫逃逸的关联尚不明确。CRC的高乳酸代谢特征(Warburg效应)提示乳酸化可能通过表观遗传调控影响肿瘤进展。
研究目标
1. 揭示CRC中乳酸化修饰的临床意义及其独立预后价值;
2. 构建基于乳酸化相关基因(LRGs)的预后模型;
3. 探索乳酸化在免疫治疗响应和药物敏感性中的潜在应用。


三、研究流程与方法
1. 乳酸化水平验证与临床关联
- 研究对象
- 20对CRC患者癌与癌旁新鲜冷冻组织(蛋白质/RNA提取);
- 10对FFPE组织及80例组织微阵列(TMA);
- 8种CRC细胞系(如HCT116、SW620)与正常结肠上皮细胞NCM460。
- 实验方法
- 免疫荧光(IF):检测细胞系中乳酸化(pan-Kla抗体)的核质分布;
- 免疫组化(IHC):TMA中乳酸化水平与肿瘤分期、预后关联分析;
- Western blot:定量组织/细胞系中乳酸化水平(以Histone H3为内参)。
- 关键发现:乳酸化在CRC组织中显著升高(p<0.001),且与晚期分期、不良预后独立相关(Cox回归HR=2.34, p=0.003)。

2. 单细胞转录组解析乳酸化相关基因
- 数据来源:GSE132257数据库(10例CRC样本,46,286个细胞)。
- 分析方法
- Seurat流程:质控、标准化、PCA降维、t-SNE聚类(22个亚群);
- AUCell算法:计算单细胞乳酸化活性评分,筛选高/低乳酸化组;
- 差异分析:鉴定879个差异表达基因(DEGs)及100个乳酸化相关性基因(CORGs),最终整合918个LRGs。
- 功能富集:GSVA显示高乳酸化组富集于MYC、PI3K-AKT-mTOR等促癌通路及干扰素-γ响应等免疫通路。

3. 预后模型构建与验证
- 训练队列:TCGA-CRC数据集(589例),通过LASSO回归和Cox分析筛选23个核心基因(如TERF2IP、AP2M1、ARL4C)。
- 模型公式:风险评分=∑(基因表达×系数),其中高风险基因(如RBM17)与低风险基因(如SFPQ)权重相反。
- 验证队列:GSE39582(579例)和GSE17536(177例)证实模型对1/3/5年生存率的预测效能(AUC>0.7)。

4. 免疫微环境与治疗响应分析
- 免疫浸润:CIBERSORT显示低风险组CD8+ T细胞浸润更高,高风险组Tregs和M2型巨噬细胞富集(p<0.01)。 - **免疫治疗预测**:TIDE算法提示高风险组更易免疫逃逸(p=0.004);IMvigor210队列验证低风险组对PD-L1抑制剂响应更佳(ORR: 38% vs. 12%)。 - **药物敏感性**:CTRP/PRISM数据库筛选出GANT-61(Hedgehog抑制剂)等对高风险组更敏感(AUC差异>30%)。


四、主要结果与逻辑链条
1. 乳酸化水平升高驱动CRC进展:实验证实乳酸化在CRC中普遍存在且与恶性表型正相关,为后续基因筛选奠定基础。
2. LRGs模型的多维验证:单细胞数据揭示乳酸化与免疫代谢的关联,而预后模型在独立队列中保持稳健性,证明其临床适用性。
3. 机制探索:高风险组富集Wnt/Notch通路突变和免疫抑制微环境,解释了其对ICI的耐药性;药物筛选结果为精准治疗提供靶点。


五、结论与价值
科学意义:首次系统阐明乳酸化在CRC中的预后价值,提出“乳酸化-免疫代谢重编程-治疗抵抗”的分子轴。
应用价值
- 23基因模型可作为CRC分层诊疗工具;
- 高风险患者或受益于靶向乳酸化通路(如抑制乳酸转移酶)的联合治疗;
- 为“冷肿瘤”免疫治疗增敏提供新策略(如联合表观遗传药物)。


六、研究亮点
1. 技术创新:整合单细胞转录组(AUCell算法)与多组学数据,构建首个CRC乳酸化活性评分体系。
2. 临床转化潜力:模型通过TMA-IHC(如ARL4C蛋白)实现实验室到临床的快速转化。
3. 跨学科视角:连接代谢修饰(乳酸化)、基因组变异(TMB)与免疫治疗响应,推动精准医学发展。


七、其他价值
研究局限性包括缺乏乳酸化位点特异性抗体和前瞻性免疫治疗队列验证,未来需开展乳酸化蛋白质组学及类器官模型实验。

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