E2F转录因子作为泛癌管理多模态生物标志物的系统分析：从分子机制到免疫治疗新策略

《Scientific Reports》：E2F transcription factors as multimodal biomarkers for pan-cancer management

本研究针对当前癌症治疗预后不佳的难题，系统探讨了E2F转录因子家族在33种癌症类型中的多维价值。研究人员通过整合TCGA、GEO等多组学数据，结合体外实验验证，发现E2F基因在多数肿瘤中异常高表达，且与患者预后、肿瘤微环境（TME）、免疫检查点表达及免疫治疗响应显著相关。特别发现E2F5促进膀胱癌细胞增殖迁移，E2F家族成员表达与PD-1/PD-L1抑制剂疗效存在特异性关联。该研究为E2F作为泛癌诊断预后标志物和免疫治疗应答预测因子提供了坚实证据，为精准肿瘤治疗提供了新视角。

　　

癌症至今仍是全球公共卫生面临的重大挑战。尽管手术、化疗、放疗和靶向治疗等策略不断进步，但患者预后和生存率仍不理想。随着精准医学的发展，泛癌研究通过解析肿瘤发生发展的核心机制，为改善癌症治疗效果提供了新思路。其中，识别关键的肿瘤相关基因对于开发预后生物标志物和治疗靶点至关重要。E2F转录因子家族作为细胞周期核心调控因子，在多种癌症中显示出重要作用，但其在泛癌层面的系统价值尚未明确。

在这项发表于《Scientific Reports》的研究中，Yang S.、Li K.、Suo Y.等研究人员开展了一项系统性的泛癌分析，旨在全面揭示E2F转录因子家族在肿瘤诊断、预后预测和免疫治疗中的潜在价值。研究团队通过整合多组学数据和实验验证，为E2F家族作为多模态生物标志物提供了有力证据。

研究采用的主要技术方法包括：从UCSC Xena数据库获取33种癌症类型的转录组、突变和临床病理数据；利用cBioPortal分析遗传变异；通过TIMER2.0等六种算法评估免疫细胞浸润；基于CellMiner数据库进行药物敏感性分析；使用GSEA进行通路富集分析；并纳入了TRUCE-01临床研究（29例肌层浸润性尿路上皮膀胱癌患者）的测序数据，同时通过体外实验验证E2F5在膀胱癌中的功能。

E2F家族基因在泛癌中的表达

研究发现E2F家族成员在多数肿瘤组织中表达上调，与癌旁正常组织相比存在显著差异。其中E2F4表达最高，E2F7表达最低。表达相关性分析显示E2F1与E2F2相关性最强（相关系数=0.73），而E2F7与E2F5相关性最弱（0.03）。这种表达模式具有癌症类型特异性，如E2F1在DLBC（弥漫大B细胞淋巴瘤）中表达最高，E2F2在THYM（胸腺瘤）中表达最高。

E2F表达在泛癌中的预后价值

生存分析显示E2F高表达与不良预后显著相关。在总生存期（OS）分析中，E2F高表达在11种癌症（包括LIHC（肝细胞癌）、KIRP（肾乳头状细胞癌）、ACC（肾上腺皮质癌）等）中预示较差预后，但在THYM、READ（直肠腺癌）和UCS（子宫癌肉瘤）中却与较好预后相关。这种风险模式同样体现在疾病特异性生存（DSS）、无病生存（DFS）和无进展生存（PFS）中。值得注意的是，LIHC、KIRP和LUAD（肺腺癌）在四个终点指标（OS/DFS/PFS/DSS）均显示一致风险，表明E2F基因在上皮性肿瘤侵袭性中起核心驱动作用。

E2F家族基因突变分析

对2683例泛癌样本的分析显示，27.62%的病例存在E2F家族基因改变，其中基因扩增是最常见的遗传改变方式。E2F5突变频率最高（13%），E2F2最低（1.5%）。生存分析显示E2F基因未突变患者的总生存期显著长于突变组（p=0.0187）。拷贝数变异（CNV）分析表明E2F基因表达与拷贝数变化呈正相关，浅缺失在E2F基因中更为普遍。

E2F表达与临床病理特征的相关性

研究发现在大多数恶性肿瘤中，E2F表达随着临床分期的进展而逐步升高，尤其在KIRC（肾透明细胞癌）和KIRP中最为明显。在膀胱尿路上皮癌（BLCA）中，E2F1、E2F2、E2F6、E2F7和E2F8在高分级膀胱癌中的表达高于低分级膀胱癌，而E2F4在低分期膀胱癌中的高表达提示其可能抑制肿瘤恶性进展。淋巴结转移患者E2F1表达更高，而E2F4在无淋巴结转移患者中高表达，表明E2F4可能抑制淋巴结转移。

E2F表达与免疫亚型的关系

E2F表达与TCGA六种免疫亚型显著相关：E2F1、E2F2、E2F7和E2F8在C2（IFN-γ主导）亚型中上调；E2F3和E2F4在C1（伤口愈合）亚型中上调；E2F5和E2F6在C5（免疫静默）亚型中上调。这种特异性表达模式提示E2F家族成员可能参与塑造不同的肿瘤免疫微环境。

E2F表达与肿瘤干细胞特性及肿瘤免疫微环境的相关性

E2F基因表达与免疫细胞浸润水平显著相关。例如，E2F4在BRCA（乳腺癌）中的表达与T细胞、NK细胞和CD8⁺T细胞浸润增加显著相关。同时，E2F家族基因表达与RNA干细胞指数（RNAss）和DNA干细胞指数（DNAss）显著相关，表明其与肿瘤干细胞特性存在密切联系。在肿瘤微环境评分方面，E2F表达与免疫评分和基质评分也呈现显著相关性。

E2F家族基因表达与TMB、MSI及免疫检查点基因的相关性

大多数E2F因子表达与肿瘤突变负荷（TMB）呈正相关，而在THCA（甲状腺癌）中，E2F1-5、E2F7-8表达与TMB负相关。E2F家族基因表达多与微卫星不稳定性（MSI）正相关，而在DLBC中，E2F2、E2F3、E2F5-8与MSI负相关。重要的是，E2F表达与47个常见免疫检查点基因（包括PD-1、CTLA4、PD-L1等）呈正相关，在LIHC中相关性最为显著。

E2F家族基因的药物敏感性分析

药物敏感性分析发现E2F表达与多种抗癌药物敏感性相关。E2F2高表达与达沙替尼（Dasatinib）敏感性正相关，而与奈拉滨（Nelarabine）、XK-469、环磷酰胺等药物敏感性负相关。E2F5高表达增强帕唑帕尼（Pazopanib）、多柔比星（Doxorubicin）和紫杉醇（Paclitaxel）的敏感性。这些发现为基于E2F表达模式的个性化用药提供了依据。

E2F家族基因表达与免疫治疗疗效的相关性

对多个免疫治疗队列（包括IMvigor210、GSE111636、GSE78220等）的分析表明，E2F表达与免疫检查点抑制剂（ICI）疗效显著相关。在IMvigor210（膀胱癌）和GSE176307（膀胱癌）数据集中，E2F1/3/8高表达与免疫治疗响应正相关，而E2F6高表达与疗效差相关。TRUCE-01队列测序结果显示，免疫治疗后膀胱癌病例中E2F1/5/6/8表达水平显著下降（p<0.05），提示E2F家族基因可能作为免疫治疗应答的动态监测指标。

膀胱癌中E2F家族基因的深入分析

针对膀胱癌的专门分析显示，E2F表达与临床病理特征密切相关。E2F3和E2F8在男性患者中表达更高，而E2F4在女性组织中表达更高。E2F1、E2F2、E2F6、E2F7和E2F8在高分级膀胱癌中表达上调，E2F4在低分期膀胱癌中高表达。免疫浸润分析发现E2F家族基因拷贝数变异或突变状态与不同免疫细胞浸润水平显著相关，如E2F6突变与静息NK细胞浸润水平正相关。

E2F5在膀胱癌细胞系中的生物学功能

体外功能实验证实E2F5在膀胱癌中的促癌作用。实时PCR验证显示E2F5在膀胱癌组织中显著高表达。敲低E2F5可抑制T24和253J-BV细胞的增殖和迁移能力，克隆形成实验和伤口愈合实验均证实E2F5促进膀胱癌细胞恶性表型。

研究结论表明，E2F家族基因在多种癌症的发生发展中起重要作用，可作为肿瘤诊断和预后的生物标志物。E2F表达与肿瘤微环境、免疫细胞浸润、免疫检查点表达及免疫治疗响应密切相关，特别是E2F1/3/4/8在标准治疗和免疫检查点阻断治疗设置中均显示出预后价值。这些发现为将E2F家族基因作为泛癌生物标志物和治疗靶点提供了坚实基础，有望为开发预测性生物标志物和新型治疗策略提供重要依据。

讨论部分强调，E2F家族通过复杂的调控网络影响肿瘤进展：E2F7通过同时抑制细胞周期抑制剂和加速G1/S期转换促进肿瘤进展，而E2F1直接反式激活下游效应物如MYBL2和RAD54L，导致DNA修复失调和有丝分裂不忠实性。这种转录重编程与E2F1通过PDK1/PDK3介导的丙酮酸脱氢酶抑制重构癌症代谢相结合，诱导Warburg效应。研究表明，E2F家族基因突变或表达变化可能通过重塑肿瘤免疫微环境为ICI敏感表型来影响免疫治疗结局。尽管本研究基于组织多组学数据，未来整合空间和单细胞技术将能解析E2F在肿瘤生态位中的空间背景，确定其是否源于局部基因扩增或去甲基化。

该研究的重要意义在于将E2F家族基因的描述性生物标志物关联转化为可操作的分子指南，为识别最有可能从免疫治疗中获益的患者提供了新策略。基于这些发现，研究人员计划开展一项多中心II期试验，招募120名膀胱癌患者，采用前瞻性验证的E2F三联分类器（E2F1/E2F2/E2F5）来预测ICI治疗反应，将基础研究发现转化为临床实践。