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为探究氧化应激、炎症反应与结直肠癌（CRC）关系，研究人员构建风险模型，发现 ZNF385A 为新癌基因，助力诊疗。
结直肠癌研究的新突破：氧化应激与炎症反应相关基因的探索
在全球范围内，结直肠癌（Colorectal Cancer，CRC）是第三大常见癌症，也是癌症相关死亡的第二大主要原因。尽管其发病率和死亡率整体呈下降趋势，但 50 岁以下人群中直肠癌的发病率却在急剧上升。而且，CRC 患者的治疗过程复杂，涉及手术、肠道功能保留、肛门控制恢复以及泌尿和生殖系统功能保护等多方面决策。对于大多数局部 CRC 患者，目前推荐的治疗方案是放疗、化疗和手术相结合。然而，由于 CRC 的复杂性和预后不良，从新的角度探究其发病机制和治疗方法迫在眉睫。
氧化应激是指体内氧化与抗氧化作用失衡，会引发以中性粒细胞浸润、蛋白酶分泌增加和大量氧化中间产物产生为特征的炎症反应。炎症反应则是机体检测和清除有害异物、启动自我修复的防御机制。这两者与癌症的发生发展密切相关。例如，氧化应激产生的自由基与癌症的关系复杂，适量自由基对癌细胞的分裂和增殖至关重要，但过量则会增加患癌风险。同时，炎症 NF-κB 转录因子通路是癌症发病机制的关键因素，细胞炎症为癌细胞提供了生存的微环境。
为了深入了解氧化应激和炎症反应与 CRC 之间的关系，青岛大学附属医院等机构的研究人员开展了一系列研究。该研究成果发表在《Discover Oncology》上，为 CRC 的预后评估和免疫治疗提供了新的思路。
研究人员采用了多种关键技术方法。在数据处理方面，利用 R 程序从 TCGA 数据库检索相关数据，从 GEO 数据库获取多个数据集用于风险模型的外部验证；运用 Seurat 软件对单细胞数据集进行分析，识别单细胞亚群。在构建模型方面，通过单因素 Cox 分析、Lasso 方法和多变量 Cox 回归模型构建预后风险模型，并使用多种算法评估免疫浸润细胞比例和免疫评分。在实验验证方面，收集青岛大学附属医院的新鲜 CRC 组织和癌旁正常组织标本，进行细胞培养和转染，采用定量实时 PCR（qPCR）、免疫组化（IHC）等技术检测基因表达，利用多种实验方法评估细胞功能。
下面来看看具体的研究结果：
- 肿瘤组织中氧化应激和炎症反应的失调：研究人员对 CRC 肿瘤组织和正常组织的细胞进行分析，发现肿瘤组织细胞的氧化应激和炎症反应水平显著高于正常细胞。在众多细胞类型中，单核细胞 / 巨噬细胞的氧化应激和炎症反应相关因子明显上调，功能也更强，且这些因子在该细胞群体中呈现显著的协同过表达和富集。
- 共表达和富集分析：进一步研究发现，氧化应激和炎症反应在单核细胞和巨噬细胞中得分最高，且两者存在强正相关。对单核细胞和巨噬细胞标记基因的功能富集分析表明，这些基因主要富集在与溶酶体、噬菌体、细菌感染、破骨细胞发育以及抗原加工和呈递等相关的通路和生物过程中。
- 细胞通讯：通过对单细胞数据集的注释结果和表达数据进行分析，研究人员描述了 CRC 中的细胞通讯情况。发现 B 细胞在 CRC 的发生过程中与其他细胞存在通讯，同时还明确了氧化应激和炎症反应相关基因的信号通路中不同细胞的作用。
- TCGA 队列中相关因子的表达差异：对 TCGA-CRC 队列进行差异表达分析，发现了大量差异表达基因，其中部分与氧化应激和炎症反应相关。通过分析，还确定了 MET 和 MMP14 为氧化应激、炎症反应相关基因和所有差异表达基因的共同基因。
- 单核细胞和巨噬细胞识别肿瘤分子亚型的潜力：基于单细胞数据分析，研究人员利用单核细胞和巨噬细胞中氧化应激和炎症反应的标记基因对 CRC 进行分子亚型分类。结果显示，分为 3 种亚型（K = 3）时效果最佳，且不同亚型的生存情况存在明显差异，其中 C2 亚型生存率最低。
- 不同亚型免疫微环境的差异：分析不同分子亚型之间免疫微环境的差异发现，C2 亚型的氧化应激和炎症反应相关基因集富集分数更高，免疫浸润细胞数量更多，肿瘤纯度更低。同时，C2 亚型中常见免疫检查点和抗肿瘤相关因子的表达水平也更高。
- 预后风险模型的构建：通过对 TCGA 分子亚型中差异表达基因进行单因素 Cox 分析，筛选出与 CRC 预后相关的基因。随机选取部分数据作为训练集，利用 Lasso 线性回归方法筛选出 8 个预后相关特征，最终构建出由 7 个基因（ADAM8、ANGPTL4、ZNF385A、GPX3、AOC3、MMP3 和 ITLN1）组成的预后风险模型。该模型基因的表达模式显示，MMP3 和 ITLN1 高表达起保护作用，其他 5 个基因高表达为风险因素。
- 模型预后有效性的验证：对模型进行内部和外部验证，结果表明模型评分在预测 CRC 患者总生存期方面具有良好且稳定的有效性。风险评分与年龄、分期等一样，是独立的预后因素，且与 CRC 的多种临床特征相关。
- 模型组间的功能差异和免疫微环境差异：对比高风险组和低风险组发现，两组在免疫功能基因集富集分数、免疫检查点表达、抗肿瘤相关因子表达以及浸润免疫细胞比例等方面均存在显著差异。此外，两组在基因突变频率上也有所不同。
- 风险评分预测患者治疗效果：研究发现，风险评分与部分化疗药物的 IC50 值相关，低风险组患者接受免疫治疗更可能获益。
- ZNF385A 在 CRC 中的表达和功能：qPCR、IHC 和 Western blot 实验证实，ZNF385A 在 CRC 组织和细胞中高表达。功能实验表明，抑制 ZNF385A 表达可抑制 SW620 细胞的增殖、迁移和侵袭，促进 ROS 产生，抑制体内异种移植肿瘤的生长；而过表达 ZNF385A 则会促进 SW480 细胞的增殖、迁移和侵袭，抑制 ROS 产生。
在讨论部分，研究人员指出，尽管新的治疗方案提高了晚期 CRC 患者的总生存时间，但转移性 CRC 患者的生存率仍然较低。本研究构建的基于氧化应激和炎症反应相关基因的预后模型，结合了单细胞测序数据，比以往仅使用单一数据库数据的模型更可靠。同时，研究发现 ZNF385A 是一个新的 CRC 癌基因，为未来 CRC 的诊断和治疗提供了新的潜在靶点。不过，该研究也存在一定局限性，如数据来自公开数据库，需要更多实验验证基因预后模型的准确性，且相关基因的具体作用机制还需进一步探索。
总的来说，这项研究在单细胞水平上探究了 CRC 中的氧化应激和炎症反应，构建的预后风险模型有助于评估患者预后，发现的新癌基因 ZNF385A 为 CRC 的治疗提供了新方向，为推动 CRC 的精准医学发展奠定了基础。
