转录组分析揭示早发性结直肠癌（EoCRC）10个核心枢纽基因及mTOR信号通路的分子机制

本研究通过整合多组学数据库（cBioPortal、GEPIA）的大样本临床与转录组数据，系统鉴定出早发性结直肠癌（EoCRC）中953个富集基因及89个过表达基因，并从中筛选出10个枢纽基因（Hub Genes）。研究证实这些基因通过蛋白互作网络（PPI）调控mTORC1信号通路、细胞周期（G2-M检查点）和凋亡过程，其中GMNN、KPNA2、MYC、PRDX4在年轻患者来源的细胞模型中显著影响肿瘤增殖与生存预后，为EoCRC的早期诊断和靶向治疗提供了新方向。

　　

引言

早发性结直肠癌（EoCRC）指50岁前确诊的结直肠癌患者。近年来其发病率显著上升，20-34岁人群发病率增长高达90%-124%，35-49岁人群增长28%-46%，成为全球性健康问题。尽管早期研究受样本量限制，多聚焦于遗传与环境风险因素，但分子机制研究逐渐显示EoCRC具有独特的病理特征。基因表达分析成为揭示其机制的新途径，尤其Wnt信号通路、Myc过表达及PEG10等基因已被报道与年轻患者预后相关，但多数研究缺乏大样本验证。

材料与方法

研究从cBioPortal数据库收集15个结直肠癌数据集，包括临床、转录组和突变数据，共筛选5,338例含年龄信息的样本（EoCRC 1,508例，LoCRC 3,830例）。通过比较EoCRC与晚发性结直肠癌（LoCRC）的基因表达谱，使用GISTIC算法识别扩增（AMP）基因，并与GEPIA数据库中的CRC过表达基因（logFC ≥ 1, p ≤ 0.05）取交集，获得EoCRC特异性过表达基因。利用STRING构建蛋白互作（PPI）网络，Cytoscape/CytoHubba筛选枢纽基因。功能验证包括MSigDB Hallmark通路分析、IPA核心通路预测、多变量Cox回归风险模型构建，以及细胞模型实验（采用HT29、HCT116、LOVO、HCT15细胞系及正常结肠细胞CRL1459）。通过siRNA敲低GMNN、KPNA2、MYC、PRDX4基因，评估其对细胞增殖、周期、凋亡的影响，并使用Western blot检测mTOR、Caspase 3、CDK4、Cyclin D1等蛋白表达。

结果

临床特征分析显示，EoCRC组晚期诊断比例显著高于LoCRC（p < 0.0001），且总生存期（OS）更短。即使早期（I/II期）患者，EoCRC组OS也显著降低，提示其预后差并非仅因延迟就诊。

转录组分析鉴定出953个EoCRC富集基因，89个为EoCRC过表达基因，这些基因显著富集于mTORC1信号通路（p = 0.009）、糖酵解（p = 0.018）、G2-M检查点（p = 0.018）和E2F靶标通路（p = 0.018）。PPI网络识别出53个互作基因，其中Top 10枢纽基因（包括CEP55、ENO1、FTSJ1、GMNN、HSPA5、KPNA2、LMNB1、MND1、MYC、PRDX4）在EoCRC患者中高表达且与不良预后相关。

风险模型在TCGA和GSE39582数据集中验证，高风险组（基于枢纽基因表达）OS显著缩短，且诊断效能在EoCRC队列更高（AUC 0.747）。

细胞模型显示，枢纽基因在年轻供体来源细胞系（如HCT116, 48岁）中表达更高，且与年龄呈负相关。敲低GMNN、KPNA2、MYC、PRDX4显著抑制细胞增殖，引起G0/G1期阻滞，增加凋亡（Cleaved-Caspase 3和Cleaved-PARP上升），并降低CDK4、Cyclin D1表达。mTOR磷酸化水平也受影响，提示这些基因通过mTOR通路调控细胞周期与凋亡。

讨论

本研究通过大样本多数据库分析，克服了既往EoCRC研究的样本限制，证实EoCRC患者预后差与特定分子机制相关。10个枢纽基因构成的网络核心调控mTORC1通路，影响细胞周期进展和凋亡抵抗，尤其在年轻患者中作用显著。GMNN、KPNA2、MYC、PRDX4作为关键靶点，其表达与供体年龄负相关，且在敲低实验中显著抑制肿瘤生长，提示它们作为EoCRC诊断标志物和治疗靶点的潜力。未来研究需进一步探索这些基因在mTOR信号中的交互机制及临床转化价值。