基于WGCNA分析構(gòu)建新型雙硫死亡相關(guān)基因標(biāo)簽預(yù)測骨肉瘤預(yù)后及免疫微環(huán)境的研究

《Hormones & Cancer》：Development and validation of a novel disulfidptosis-related gene signature for prediction of survival and immune microenvironment in osteosarcoma by WGCNA analysis

【字體： 大 中 小 】 時間：2025年12月05日 來源：Hormones & Cancer

　　

骨肉瘤是一種好發(fā)于兒童和青少年的惡性骨腫瘤，具有高死亡率和致殘率的特點。盡管手術(shù)聯(lián)合輔助化療使許多患者獲益，但發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移（如肺轉(zhuǎn)移）的患者預(yù)后仍然很差。骨肉瘤的遺傳復(fù)雜性和異質(zhì)性使得準(zhǔn)確評估患者預(yù)后和制定個體化治療方案面臨巨大挑戰(zhàn)。因此，尋找新的生物標(biāo)志物對患者進(jìn)行風(fēng)險分層，并提高個體化治療的準(zhǔn)確性顯得尤為迫切。

近年來，一種新型的程序性細(xì)胞死亡方式——雙硫死亡(disulfidptosis)引起了研究人員的關(guān)注。這種細(xì)胞死亡主要由細(xì)胞內(nèi)二硫化物異常積累導(dǎo)致的二硫應(yīng)激引發(fā)。在腫瘤缺氧和營養(yǎng)匱乏的微環(huán)境中，活性氧(ROS)和脂質(zhì)過氧化物會積累，而腫瘤細(xì)胞通過上調(diào)SLC7A11等基因表達(dá)，促進(jìn)胱氨酸攝取并合成大量谷胱甘肽(GSH)以應(yīng)對氧化應(yīng)激。有趣的是，研究表明SLC7A11在骨肉瘤中高表達(dá)，在保護(hù)腫瘤細(xì)胞免受氧化應(yīng)激的同時，也增加了其對二硫應(yīng)激的敏感性，這提示激活雙硫死亡可能成為克服骨肉瘤耐藥和轉(zhuǎn)移的新策略。

盡管雙硫死亡與腫瘤發(fā)展的潛在聯(lián)系逐漸顯現(xiàn)，但其與骨肉瘤的具體關(guān)系尚不明確。為探索這一問題，研究人員開展了一項系統(tǒng)研究，旨在構(gòu)建雙硫死亡相關(guān)基因(DRGs)標(biāo)簽，用于預(yù)測骨肉瘤患者的生存和免疫微環(huán)境特征。

本研究主要采用了生物信息學(xué)分析與實驗驗證相結(jié)合的策略。從TARGET數(shù)據(jù)庫獲取85例骨肉瘤患者的RNA-seq和臨床數(shù)據(jù)，并從GEO數(shù)據(jù)庫下載GSE21257數(shù)據(jù)集（57例患者）作為驗證集。通過加權(quán)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析(WGCNA)識別與雙硫死亡相關(guān)的基因模塊。利用單因素COX(uni-COX)、LASSO回歸和多因素COX(multi-COX)分析篩選預(yù)后相關(guān)基因并構(gòu)建風(fēng)險模型。通過基因集富集分析(GSEA)探索差異表達(dá)基因的功能。使用ESTIMATE算法和ssGSEA分析腫瘤免疫微環(huán)境。利用pRRophetic R包預(yù)測藥物敏感性。通過體外實驗（包括qRT-PCR、Western blot、CCK-8、Edu、細(xì)胞遷移和侵襲實驗）驗證關(guān)鍵基因的表達(dá)和功能。

共識聚類和生存分析

研究人員首先評估了10個已知的雙硫死亡核心基因的預(yù)后價值，但單因素COX分析顯示它們與骨肉瘤預(yù)后無顯著相關(guān)性�；�于這些基因的共識聚類分析將患者分為三個亞型，但生存分析顯示各亞型間預(yù)后無顯著差異。

骨肉瘤中雙硫死亡相關(guān)基因特征的鑒定

通過ssGSEA計算每位患者的雙硫死亡評分，并利用WGCNA分析識別與雙硫死亡評分最相關(guān)的基因模塊（MEblack模塊），最終確定了338個雙硫死亡相關(guān)基因(DRGs)。

DRGs風(fēng)險模型的構(gòu)建和驗證

通過對338個DRGs進(jìn)行單因素COX、LASSO和多因素COX分析，最終篩選出5個預(yù)后相關(guān)的DRGs：BTN3A1、CEBPA、KCNAB2、TBX21和MYC。基于這五個基因構(gòu)建的風(fēng)險評分模型為：風(fēng)險評分 = (-0.6691 × BTN3A1) + (-0.6750 × KCNAB2) + (-0.7154 × TBX21) + (0.6052 × MYC) + (-0.4686 × CEBPA)。

根據(jù)中位風(fēng)險評分將患者分為高風(fēng)險組和低風(fēng)險組。生存分析顯示，高風(fēng)險組患者的總生存期顯著短于低風(fēng)險組。時間依賴性ROC曲線顯示該模型在預(yù)測1年、3年和5年生存率方面具有較高的準(zhǔn)確性（AUC值分別為0.89、0.85和0.81）。在獨(dú)立驗證集GSE21257中，該模型同樣表現(xiàn)出良好的預(yù)測性能。

臨床分層分析和獨(dú)立預(yù)后能力評估及列線圖構(gòu)建

亞組分析顯示，該風(fēng)險模型在不同年齡、性別和轉(zhuǎn)移狀態(tài)的患者亞組中均能有效區(qū)分預(yù)后。多因素COX回歸分析證實該風(fēng)險評分是骨肉瘤的獨(dú)立預(yù)后因素。研究人員進(jìn)一步構(gòu)建了包含風(fēng)險評分和臨床特征的列線圖模型，校準(zhǔn)曲線和決策曲線分析(DCA)表明該列線圖具有較好的預(yù)測準(zhǔn)確性和臨床實用性。

免疫微環(huán)境和免疫檢查點分析

基因集富集分析(GSEA)顯示，高風(fēng)險組和低風(fēng)險組之間的差異表達(dá)基因主要富集在免疫相關(guān)通路，如T細(xì)胞活化、細(xì)胞因子-細(xì)胞因子受體相互作用等。ESTIMATE分析表明，隨著風(fēng)險評分升高，腫瘤純度評分增加，而基質(zhì)評分、免疫評分和ESTIMATE評分降低。免疫細(xì)胞浸潤分析顯示，高風(fēng)險組中具有腫瘤殺傷作用的免疫細(xì)胞（如活化的CD8⁺ T細(xì)胞、CD56^bright自然殺傷細(xì)胞等）顯著減少。免疫檢查點基因（如CD274/PD-L1、LAG3、PDCD1LG2/PD-L2等）在高風(fēng)險組中的表達(dá)水平也較低。

藥物敏感性和免疫反應(yīng)分析

藥物敏感性分析顯示，高風(fēng)險組患者對vorinostat、elesclomol、OSI-906、pyrimethamine、thapsigargin和多柔比星的IC₅₀值較低，而對順鉑的IC₅₀值較高。盡管高風(fēng)險組的TIDE評分較低，但免疫檢查點阻斷(ICB)治療反應(yīng)預(yù)測顯示，高風(fēng)險組患者對免疫治療的反應(yīng)率較低。

BTN3A1抑制骨肉瘤細(xì)胞的惡性表型

實驗驗證部分顯示，BTN3A1、KCNAB2、TBX21和CEBPA在骨肉瘤細(xì)胞中的mRNA表達(dá)水平顯著低于正常成骨細(xì)胞hFOB1.19。Western blot證實BTN3A1蛋白在骨肉瘤細(xì)胞中低表達(dá)。功能實驗表明，過表達(dá)BTN3A1可顯著抑制骨肉瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲能力。

本研究成功構(gòu)建并驗證了一個包含五個雙硫死亡相關(guān)基因（BTN3A1、CEBPA、KCNAB2、TBX21和MYC）的風(fēng)險模型，該模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測骨肉瘤患者的預(yù)后。研究發(fā)現(xiàn)高風(fēng)險組患者具有免疫抑制性微環(huán)境特征，表現(xiàn)為殺傷性免疫細(xì)胞浸潤減少和免疫檢查點分子表達(dá)降低。藥物敏感性分析提示該模型可能指導(dǎo)個體化化療選擇。實驗驗證證實BTN3A1在骨肉瘤中低表達(dá)，且具有抑制腫瘤惡性行為的作用。

該研究的創(chuàng)新點在于首次將雙硫死亡相關(guān)基因與骨肉瘤預(yù)后和免疫微環(huán)境聯(lián)系起來，不僅提供了可靠的預(yù)后預(yù)測工具，還為理解骨肉瘤的發(fā)病機(jī)制提供了新視角。特別是發(fā)現(xiàn)BTN3A1作為潛在的腫瘤抑制因子，為骨肉瘤的治療提供了新的候選靶點。然而，研究也存在一些局限性，如未能驗證這五個基因在骨肉瘤組織與正常組織中的表達(dá)差異，以及它們的具體生物學(xué)功能需要進(jìn)一步探索。

總體而言，這項研究深化了我們對雙硫死亡與骨肉瘤關(guān)系的理解，為骨肉瘤的預(yù)后預(yù)測和治療策略制定提供了有價值的生物標(biāo)志物和理論依據(jù)。未來研究可在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探索這些基因在骨肉瘤發(fā)生發(fā)展中的具體機(jī)制，并驗證該模型在臨床實踐中的應(yīng)用價值。