基于生物信息学构建甲状腺乳头状癌parthanatos相关预后基因风险模型的建立与验证

《Hormones & Cancer》：Construction and validation of risk models of prognostic genes associated with parthanatos in papillary thyroid carcinoma based on bioinformatics

　　本研究针对甲状腺乳头状癌(PTC)预后评估难题，通过生物信息学方法筛选parthanatos相关差异表达基因(DE-PRGs)，构建包含TSHZ3、SERGEF、AKAP12等7个基因的预后风险模型。该模型在TCGA-THCA数据集验证中表现出优异预测性能(AUC3年=0.91)，首次揭示parthanatos与PTC免疫微环境(CD56+ NK细胞)的关联，为PTC精准治疗提供新靶点。

　　

甲状腺癌作为头颈部最常见的恶性肿瘤，其发病率正以每年20%的速度持续攀升。其中甲状腺乳头状癌(PTC)占全部甲状腺癌的90%，虽然多数患者预后良好，但侵袭性亚型仍存在远处转移和不良预后风险。目前PTC预后预测主要依赖BRAF^V600E和TERT启动子突变等分子标志物，但BRAF的预后价值仍存争议，亟需开发新的预后评估体系。

细胞死亡失衡是肿瘤发生发展的关键环节。parthanatos作为一种新型程序性细胞死亡方式，由PARP1(聚ADP核糖聚合酶1)过度激活触发，通过AIF(凋亡诱导因子)核转位导致DNA片段化。该通路在肝癌、乳腺癌等肿瘤中已有研究，但在PTC中的作用机制尚不明确。随着生物信息学技术的成熟，基于特定生物学过程构建预后模型已成为肿瘤研究的新范式。

本研究创新性地整合GEO和TCGA数据库资源，通过WGCNA(加权基因共表达网络分析)和机器学习算法，首次系统解析parthanatos相关基因在PTC中的预后价值。研究人员首先从GSE33630数据集筛选出1007个差异表达基因，同时利用9个已知parthanatos相关基因(PRGs)进行ssGSEA(单样本基因集富集分析)评分，通过WGCNA鉴定出与parthanatos最相关的基因模块（蓝色模块r=0.51，turquoise模块r=-0.38）。基因交集分析获得82个parthanatos相关差异表达基因(DE-PRGs)，功能富集显示这些基因主要参与细胞阳离子稳态、肌动蛋白细胞骨架调控等通路。

关键技术方法包括：从TCGA数据库获取510例甲状腺癌样本的转录组数据，按6:4比例随机分为训练集与验证集；采用limma包进行差异表达分析，WGCNA构建基因共表达网络；LASSO-Cox回归筛选预后基因并构建风险评分模型；通过GSEA进行通路富集分析，ssGSEA评估免疫细胞浸润；最后使用5对临床样本进行RT-qPCR实验验证。

3.1 预后风险模型的构建

通过LASSO回归最终筛选出7个核心预后基因：TSHZ3(风险系数1.099)、SERGEF(-0.450)、AKAP12(0.204)、SGPP2(0.089)、ASGR1(0.211)、AK1(-0.005)、PELI2(0.510)。风险评分公式为：风险评分=Σ(基因表达量×对应系数)。根据最佳截断值将患者分为高危组和低危组，KM生存分析显示两组存在显著生存差异(p=0.0001)。

3.2 模型验证与临床关联

在TCGA验证集中，高危组患者总体生存率显著低于低危组(p=0.012)，3/5/7年ROC曲线AUC值均>0.6。特别是在BRAF突变亚型中，模型仍保持良好预测效能(3年AUC=0.89)。临床分层分析显示，该模型在年龄>47岁、T3分期、淋巴结转移等亚组中均能有效区分预后。

3.3 免疫微环境解析

免疫浸润分析发现15种免疫细胞在高危组和低危组间存在差异分布。其中CD56^bright自然杀伤细胞与AK1呈正相关(r=0.24)，与TSHZ3负相关(r=-0.44)。ESTIMATE算法显示低危组免疫评分显著升高，提示免疫细胞浸润更活跃。免疫检查点抑制剂(ICIs)分析发现BCL2等10个检查点基因表达存在组间差异。

3.4 机制探索与实验验证

GSEA富集分析发现高危组主要富集在核糖体、黏着斑等29条通路。药物敏感性预测显示111种药物（如顺铂、VX-680）在两组间IC₅₀存在差异。通过构建ceRNA调控网络，发现52个关键miRNA可能参与调控这些预后基因。RT-qPCR实验验证了5个基因(TSHZ3、SERGEF、AKAP12、SGPP2、ASGR1)在PTC组织中的表达趋势与生物信息学分析一致。

本研究首次构建了基于parthanatos的PTC预后风险模型，不仅为临床预后评估提供了新工具，更揭示了细胞死亡方式与肿瘤免疫微环境的相互作用机制。7个核心预后基因中，AK1与辐射暴露的关联、SERGEF在甲状腺结节诊断中的价值已有文献支持，而TSHZ3、ASGR1等基因与其他肿瘤预后的相关性提示其在PTC中可能具有跨癌种的保守功能。

值得注意的是，该模型在7年生存预测中仍保持0.78的AUC值，优于既往基于铁死亡、免疫原性细胞死亡等通路构建的模型。通过整合多组学数据与实验验证，研究建立了从生物信息学发现到临床验证的完整证据链，为PTC精准医疗提供了新的生物标志物和潜在治疗靶点。

未来研究需扩大临床样本量，覆盖更多PTC亚型，并通过基因编辑等技术深入解析关键基因在parthanatos通路中的具体作用机制。该模型的临床转化价值有待前瞻性研究进一步验证，但其多维度分析框架为肿瘤预后研究提供了新范式。