ESM1通过SPP1通路介导膀胱癌免疫逃逸的多组学图谱：从表观遗传调控到免疫微环境重塑

《Scientific Reports》：Multi-omics profiling identifies ESM1 as a key mediator of immunoevasion through the SPP1 pathway in bladder cancer

本研究针对膀胱癌(BC)免疫逃逸机制不清的问题，通过多组学分析揭示了内皮细胞特异性分子1(ESM1)在BC中的关键作用。研究发现ESM1在BC组织中显著高表达，通过激活SPP1信号通路介导免疫逃逸，其高表达与肿瘤微环境(TME)中免疫细胞浸润减少显著相关。该研究为BC的免疫治疗提供了新的生物标志物和潜在靶点。

　　

膀胱癌是全球十大最常见癌症之一，其发生的主要危险因素是吸烟。尽管近年来BCG免疫治疗和派姆单抗等新疗法不断涌现，但高复发率、高耐药率和有效人群有限等限制依然存在。肿瘤微环境(TME)作为癌症治疗靶点的热门研究领域，可能为开发BC的诊断、预后和治疗方法提供必要基础。然而，BC发展的潜在机制和治疗靶点尚未明确，我们仍需要探索BC早期筛查、诊断和治疗的其他可能性。

在这项发表于《Scientific Reports》的研究中，研究人员通过多组学分析揭示了内皮细胞特异性分子1(ESM1)作为膀胱癌免疫逃逸的关键介质的作用机制。研究发现ESM1在膀胱癌中通过SPP1通路调控肿瘤微环境，为膀胱癌的免疫治疗提供了新的见解。

研究采用了多种关键技术方法，包括：基于1558例临床样本的mRNA表达分析、195例内部样本的免疫组化实验验证ESM1蛋白表达、利用Cistrome Data Browser整合ChIP-Seq和ATAC-seq等表观遗传数据、单细胞测序分析细胞水平表达特征、GSEA和STRING网络分析挖掘信号通路、ssGSEA评估免疫浸润特征，以及通过多种在线工具预测上游miRNA调控网络。

ESM1在BC和对照组织中的差异表达

研究人员通过免疫组化实验发现，ESM1蛋白在BC组织中的表达显著高于对照组。显微镜下观察显示，ESM1在非BC对照组织中染色较弱，而在BC组织中染色强烈。

散点图显示，BC组织中ESM1蛋白的表达水平显著高于对照组。ROC曲线表明高表达的ESM1蛋白能很好地区分BC组织与非癌组织(AUC=0.99)。随后，研究人员进一步利用全球多中心大样本(n=1558)分析了ESM1在mRNA水平的表达。在纳入研究的13个数据集中，有8个数据集检测到BC组中ESM1 mRNA表达水平升高。

ESM1表达的潜在转录调控机制

通过Cistrome Data Browser预测ESM1上游的转录因子(TFs)，发现CEBPB、CTCF和NR3C1具有极高的结合潜力。通过ChIP-seq进一步验证，发现ESM1在转录起始位点(TSS)可能具有CEBPB、CTCF和NR3C1的结合峰。

scRNA-seq揭示ESM1在BC细胞水平的表达和细胞通讯

单细胞测序分析显示，ESM1主要分布在淋巴管内皮细胞中，并通过SPP1信号通路和代谢相关信号通路发挥其促癌作用。细胞时序分析表明，随着细胞分化水平的增加，ESM1的表达呈现先显著升高后缓慢下降的趋势。

CellChat分析揭示了各细胞亚群之间丰富的相互作用网络，其中淋巴管内皮细胞、上皮细胞和iPS细胞之间的相互作用数量和强度较高。由于SPP1通路在淋巴管内皮细胞的传入/传出信号通路中贡献度较高，研究人员选择该通路进行深入研究。

ESM1可能参与免疫相关信号通路

GSEA富集分析发现，ESM1表达与两个免疫相关信号通路(T细胞受体信号通路、FcγR介导的信号通路)密切相关。这些通路中的部分基因在BC中差异表达，且与ESM1表达显著相关。

ESM1相关免疫浸润分析

ssGSEA分析显示，ESM1高表达组和低表达组之间25种免疫细胞水平存在显著差异。低ESM1表达组的免疫细胞水平较高表达组更高。热图显示免疫细胞水平与ESM1表达呈负相关。

基于ESTIMATE算法，ESM1高表达与肿瘤微环境(TME)的基质评分、免疫评分和ESTIMATE评分显著负相关，与肿瘤纯度正相关。ESM1高表达组的TME评分较低，肿瘤纯度显著高于低表达组。

肿瘤微环境与BC患者预后和临床病理特征的关系

基于TCGA患者的预后信息，发现低基质评分组和高免疫评分组预后较好。进一步探讨不同临床指标与TME的关系，结果显示BC TME浸润评分随不同临床病理特征有显著差异。

ESM1表达与临床病理特征的关系

ESM1表达与BC患者的多个临床病理特征显著相关，包括年龄、性别、种族、临床分期等。随着T、N分期和临床病理分期的进展，ESM1表达水平逐渐降低。

miR-129-5p在BC中的表达水平

通过5种在线工具预测靶向调控ESM1的上游miRNA，交集结果得到8个靶向miRNA。结合前面预测的3个TFs(CEBPB、CTCF、NR3C1)，构建了TFs-靶基因-miRNA调控网络。选择miR-129-5p进行深入研究。

miR-129-5p在BC血液和组织样本中的检测效能

miR-129-5p在BC组织样本和血液样本中均表现出良好的检测效能。ROC曲线和sROC曲线显示，血液样本中的miR-129-5p在区分BC组织与对照样本方面具有中等判别能力(AUC=0.75)。同样，组织样本中的miR-129-5p也表现出中等判别效能(AUC=0.73)。

研究结论表明，ESM1在BC中表达上调，其上游转录因子CEBPB、CTCF和NR3C1参与调控ESM1表达。ESM1特异性富集于淋巴管内皮细胞，主要通过激活SPP1信号通路和代谢相关信号通路参与BC进展。ESM1过表达可能通过免疫信号通路介导TME中免疫细胞浸润水平降低。ESM1可作为BC免疫相关和临床进展的预测生物标志物。

该研究的重要意义在于首次通过多组学方法系统阐明了ESM1在膀胱癌中的表达特征、调控机制和免疫功能，揭示了ESM1通过SPP1通路介导免疫逃逸的新机制，为膀胱癌的免疫治疗提供了新的生物标志物和潜在治疗靶点。同时，发现的miR-129-5p/ESM1调控轴为膀胱癌的早期诊断提供了新的液体活检策略。这些发现不仅深化了对膀胱癌免疫微环境的理解，也为开发新的治疗策略提供了重要理论基础。