基于单细胞RNA测序和Bulk RNA测序的食管鳞状细胞癌预后预测模型研究

研究背景

食管鳞状细胞癌（Esophageal Squamous Cell Carcinoma, ESCC）是全球范围内常见的恶性肿瘤之一，尤其在东亚地区发病率较高。尽管现有的治疗手段包括手术、内镜切除和放化疗等，但患者的预后仍然较差，5年生存率仅为21%。免疫检查点抑制剂等新型疗法仅对20%-30%的患者有效，这表明我们对ESCC的分子机制，尤其是肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）的理解仍然不足。葡萄糖代谢异常是ESCC早期的重要特征之一，肿瘤细胞即使在氧气充足的情况下也会进行糖酵解，产生大量乳酸，影响微环境的酸性，进而促进肿瘤生长、血管生成和免疫抑制。因此，深入研究葡萄糖代谢与ESCC的关系，尤其是其对肿瘤微环境和免疫治疗的影响，具有重要的临床意义。

论文来源

该研究由来自大连医科大学第一附属医院的Jiaqi Zhang、Shunzhe Song、Yuqing Li和Aixia Gong共同完成，并于2025年发表在《Cancer Medicine》期刊上。研究得到了大连医科大学第一附属医院伦理委员会的批准（批准号：PJ-KS-KY-2024-406）。

研究流程与结果

1. 数据来源与处理

研究使用了来自基因表达综合数据库（Gene Expression Omnibus, GEO）、癌症基因组图谱（The Cancer Genome Atlas, TCGA）和纪念斯隆-凯特琳癌症中心（Memorial Sloan Kettering Cancer Center, MSKCC）的数据，分别包括8例、99例和140例ESCC患者的样本。研究首先通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术对51,134个细胞进行了分析，筛选出13种细胞类型，其中鳞状上皮细胞的葡萄糖代谢评分最高。随后，研究人员从鳞状上皮细胞中筛选出558个差异表达基因（Differentially Expressed Genes, DEGs），并通过单样本基因集富集分析（Single-Sample Gene Set Enrichment Analysis, ssGSEA）计算了每个细胞的代谢评分。

2. 预后模型的构建与验证

通过单变量Cox回归分析，研究人员筛选出17个与总生存期（Overall Survival, OS）显著相关的基因。随后，使用最小绝对收缩和选择算子（Least Absolute Shrinkage and Selection Operator, LASSO）回归分析，最终确定了4个关键基因（SERP1、CTSC、RAP2B和SSR4）用于构建预后模型。根据风险评分（Risk Score, RS），患者被分为高风险组（High-Risk Group, HRG）和低风险组（Low-Risk Group, LRG）。Kaplan-Meier生存曲线显示，HRG患者的生存率显著低于LRG患者。此外，研究还通过外部验证队列（MSKCC数据集）验证了模型的准确性，结果显示HRG患者的生存率显著降低。

3. 风险评分与临床特征的关系

研究人员进一步分析了风险评分与临床特征的关系，发现风险评分在生存状态上存在显著差异（p < 0.001），但在性别、T分期、N分期、M分期和临床分期上无显著差异。多变量Cox回归分析表明，风险评分是ESCC患者预后的独立预测因子。

4. 免疫浸润与药物敏感性分析

通过CIBERSORT算法，研究人员分析了22种免疫细胞在ESCC患者中的分布情况，发现HRG和LRG在嗜酸性粒细胞和M2巨噬细胞的含量上存在显著差异。此外，药物敏感性分析显示，LRG患者对多种化疗药物（如Axitinib、AG.014699、ABT.263等）的敏感性较高，提示这些药物可能成为ESCC患者的潜在治疗靶点。

5. 基因集变异分析与转录因子预测

基因集变异分析（Gene Set Variation Analysis, GSVA）和基因集富集分析（Gene Set Enrichment Analysis, GSEA）显示，HRG和LRG在多个信号通路上存在显著差异，包括活性氧通路、mTORC1信号通路和p53通路。此外，研究人员还通过转录因子预测分析，发现CISBP_M0340是调控关键基因的主要转录因子。

6. 免疫组化验证

研究人员通过免疫组化（Immunohistochemistry, IHC）技术验证了关键基因在ESCC组织、高级别上皮内瘤变（High-Grade Intraepithelial Neoplasia, HGIEN）、低级别上皮内瘤变（Low-Grade Intraepithelial Neoplasia, LGIEN）和邻近正常组织中的表达情况。结果显示，SERP1、CTSC、RAP2B和SSR4在ESCC组织中的表达显著高于正常组织。

研究结论与意义

该研究通过整合单细胞RNA测序和批量RNA测序数据，成功构建了一个基于葡萄糖代谢相关基因的ESCC预后预测模型。该模型不仅能够有效预测患者的生存期，还为ESCC的分子机制研究提供了新的视角。研究结果表明，葡萄糖代谢在ESCC的发生和发展中起着重要作用，尤其是通过影响肿瘤微环境和免疫细胞浸润。此外，研究还发现多个潜在的治疗靶点，为ESCC的个体化治疗提供了理论依据。

研究亮点

1. 创新性方法：研究首次将单细胞RNA测序与批量RNA测序相结合，深入分析了ESCC的细胞异质性和葡萄糖代谢特征。
2. 关键基因的发现：研究筛选出4个与葡萄糖代谢相关的关键基因（SERP1、CTSC、RAP2B和SSR4），并验证了其在ESCC预后预测中的重要作用。
3. 临床应用价值：研究构建的预后模型具有较高的预测准确性，能够为ESCC患者的个体化治疗提供重要参考。

其他有价值的信息

研究还通过免疫组化技术验证了关键基因在ESCC组织中的表达情况，进一步证实了这些基因在ESCC发生和发展中的重要作用。此外，研究还发现多个潜在的治疗靶点，为ESCC的个体化治疗提供了新的思路。