整合分析泛素化相关基因：发现 HSPA1A 是结直肠癌进展的关键调节因子

《Medical Oncology》：Integrative analysis of ubiquitination-related genes identifies HSPA1A as a critical regulator in colorectal cancer progression

为探究泛素化相关基因在结直肠癌（CRC）中的作用，研究人员构建 URPGS 模型，发现 HSPA1A 可抑制 CRC 进展。

　　在全球范围内，结直肠癌（Colorectal Cancer，CRC）是一种极为常见且致命的恶性肿瘤，严重威胁着公众的健康。尽管在诊断技术和治疗策略方面取得了一定的进展，但许多 CRC 患者，尤其是晚期患者的预后仍然不容乐观。这使得寻找新的生物标志物和治疗靶点，以提高患者的治疗效果成为当务之急。

近年来，翻译后修饰，特别是泛素化在癌症发展中的作用受到了越来越多的关注。泛素化是指泛素分子与靶蛋白共价结合的过程，它能够影响蛋白质的稳定性、定位和功能。这一过程由一系列酶进行调控，包括 E1 激活酶、E2 结合酶和 E3 连接酶，而去泛素化酶则通过去除泛素链来抵消其作用。泛素化途径对于细胞的蛋白质降解、DNA 修复和信号转导等功能至关重要。在 CRC 中，异常的泛素化会影响关键的癌基因和肿瘤抑制基因，进而促进肿瘤的发生、发展和转移。

为了深入了解泛素化相关基因在 CRC 中的作用，福建中医药大学第二附属医院的研究人员开展了一项全面的研究。他们对 CRC 组织中泛素化相关基因的表达谱进行了详细分析，并构建了一个泛素化相关通路基因特征（Ubiquitination - related Pathway Gene Signature，URPGS）模型，用于预测患者的预后。此外，研究人员还通过机器学习方法确定了 HSPA1A 是 URPGS 中的关键基因，并通过体外和体内实验验证了其功能。该研究成果发表在《Medical Oncology》杂志上。

研究人员在研究过程中运用了多种关键技术方法。首先，从 GEO 数据库获取 GSE17536 和 GSE87211 队列数据，从 The Cancer Genome Atlas（TCGA）数据库经 sangerbox 平台收集结直肠癌基因表达数据及临床信息。接着，利用 R 语言的相关包对数据进行标准化和预处理。之后，通过多种算法如 LASSO 回归分析、ESTIMATE、CIBERSORT、XCELL 算法等构建模型、分析免疫浸润情况。同时，运用多种机器学习模型进行分类预测，并使用细胞培养、定量实时 PCR（qRT - PCR）、细胞增殖实验、伤口愈合实验、Transwell 侵袭实验和斑马鱼异种移植模型等实验技术进行功能验证。

研究结果如下：

1. 泛素化相关通路基因表达谱分析：研究人员对 46 条泛素化相关通路中的 1006 个基因进行分析，发现与相邻正常组织相比，CRC 组织中有 144 个基因显著上调，163 个基因显著下调。这些差异表达基因能够有效区分 CRC 组织和正常组织，具有作为生物标志物的潜力。通过 KEGG 和 Gene Ontology Biological Process（GO - BP）富集分析发现，上调基因主要富集在细胞周期、癌症相关通路、泛素介导的蛋白水解等信号通路；下调基因则与癌症相关通路、MAPK 信号通路等有关。
2. URPGS 模型的构建与验证：生存分析显示，307 个差异表达基因中有 24 个与患者预后显著相关。通过 LASSO 回归分析，最终确定了 14 个基因构建 URPGS 模型。该模型具有很强的预后预测价值，能够将患者分为高风险和低风险组，高风险组患者的总生存期明显短于低风险组。在独立验证队列中，该模型也表现出良好的预测性能。
3. URPGS 与临床特征的相关性分析：研究发现，URPGS 值与患者的性别、肿瘤 T 分期和 M 分期无关，但与淋巴结转移、疾病晚期和肿瘤复发显著相关。URPGS 高亚型的患者 TP53 基因突变率更高，这表明其肿瘤生物学行为可能更具侵袭性。此外，通过基因集变异分析（GSVA）发现，URPGS 与肌肉生成、顶端连接、上皮 - 间质转化（EMT）和刺猬信号通路等关键通路相关，这些通路在肿瘤发展和转移中起重要作用。
4. 免疫浸润和单细胞 RNA 测序分析：免疫浸润分析表明，URPGS 高亚型的肿瘤中，免疫抑制性的 M0 和 M2 巨噬细胞浸润增加，而激活的和静息的 CD4 记忆 T 细胞以及浆细胞浸润减少，这可能导致肿瘤微环境更具免疫抑制性，促进肿瘤进展。单细胞 RNA 测序分析显示，URPGS 模型中的关键基因如 HSPA1A、BCL10 等在多种细胞亚型中高表达，提示它们在肿瘤微环境的多种细胞过程中发挥重要作用。
5. URPGS 对化疗预后的预测作用：研究表明，URPGS 可以预测 CRC 患者化疗后的预后。在接受化疗的患者中，URPGS 高亚型的患者总生存期明显短于低亚型患者。这说明 URPGS 可以帮助识别可能对化疗反应不佳的患者，为个性化治疗提供依据。
6. 列线图的开发与评估：研究人员开发了一个将 URPGS 评分与临床变量（如性别、肿瘤分期参数）相结合的列线图，用于预测患者的总生存期。该列线图具有良好的区分能力，能够有效地将患者分为高风险和低风险组，其 1 年、3 年和 5 年生存预测的 AUC 值分别为 0.77、0.74 和 0.74，具有较好的预测准确性。
7. HSPA1A 的鉴定与功能分析：通过机器学习模型分析，发现 HSPA1A 在区分肿瘤组织和正常组织中具有最高的特征重要性。生存分析表明，HSPA1A 高表达与患者较差的预后相关。体外和体内实验显示，敲低 HSPA1A 可以显著抑制 CRC 细胞的增殖、迁移和侵袭能力，以及肿瘤的生长和转移，表明 HSPA1A 是 CRC 进展的关键促进基因，具有作为预后生物标志物和治疗靶点的潜力。

在讨论部分，研究人员指出，他们的研究全面评估了 CRC 组织中泛素化相关基因的表达谱，发现了一系列差异表达基因，这些基因可能作为诊断生物标志物。URPGS 模型具有很强的预后预测能力，与患者的临床特征和化疗反应相关，有助于指导个性化治疗策略。此外，HSPA1A 作为关键基因，其在 CRC 中的作用复杂，既参与细胞的应激反应，又具有促进肿瘤发展的潜力。靶向 HSPA1A 可能为 CRC 的治疗提供新的策略。

综上所述，该研究揭示了泛素化相关通路在 CRC 进展和预后中的关键作用，URPGS 是一个有价值的预后工具，HSPA1A 是一个具有重要潜力的预后生物标志物和治疗靶点。这些发现增进了人们对 CRC 生物学的理解，为开发个性化治疗策略、改善患者预后奠定了基础。