T细胞耗竭相关基因IRF1与PDGFRB调控结肠腺癌免疫浸润并影响预后的机制研究

　　本研究针对结肠腺癌(COAD)预后分子标志物不足的问题，通过分析T细胞耗竭(TEX)相关通路，识别出IRF1和PDGFRB两个关键基因。研究发现高表达IRF1预示良好预后，而高表达PDGFRB则与不良预后相关，两者联合构建的模型对COAD亚型区分(AUC=0.824)和诊断(AUC=0.748)具有优异价值。该研究为COAD的免疫治疗提供了新的潜在靶点和预后评估工具。

　　

结肠癌是全球第三大常见癌症，尤其在男性中发病率居高不下，每年导致近百万人死亡。尽管诊疗技术不断进步，但转移性结肠癌患者的5年生存率仍低于20%，这主要归因于肿瘤的转移和化疗耐药性。近年来，肿瘤微环境(Tumor Microenvironment, TME)成为癌症研究的热点，其中T细胞耗竭(T cell exhaustion, TEX)状态尤其引人关注。T细胞耗竭是指CD8⁺ T细胞在长期暴露于抗原刺激后逐渐丧失效应功能的状态，表现为共抑制受体（如PD1、CTLA4）的上调、代谢紊乱和转录因子异常表达。这种状态使得肿瘤细胞能够逃避免疫监视，从而导致肿瘤进展。

虽然免疫检查点抑制剂（如PD1/CTLA4阻断剂）在治疗转移性结直肠癌方面显示出一定效果，但TEX是一个极其复杂的动态过程，目前对其发展机制的认识仍然有限。特别是在结肠腺癌(Colon Adenocarcinoma, COAD)领域，针对TEX的特异性研究仍较为缺乏。为了解决这一问题，研究人员开展了本次研究，旨在探索TEX相关的预后生物标志物，以改善转移性COAD患者的不良生存状况。

研究人员主要采用了多种生物信息学分析技术和实验验证方法。从TCGA数据库获取了432例COAD患者的基因表达数据和生存信息，使用ConsensusClusterPlus算法基于TEX相关通路将患者分为两个亚型。通过MCPCounter进行免疫浸润分析，GSEA进行功能富集分析，LASSO回归筛选预后相关基因。此外，还利用单细胞测序数据分析了关键基因在不同细胞类型中的表达分布，并通过免疫组化实验在10例临床样本中验证了关键蛋白的表达情况。

3.1. 基于TEX相关通路的COAD患者两个聚类

通过ConsensusClusterPlus算法，研究人员将COAD患者基于TEX相关通路分为C1和C2两个亚型。与C1相比，C2亚型显示出显著更高的10种免疫细胞浸润水平，包括NK细胞、B淋巴细胞、CD8⁺ T细胞、T细胞、细胞毒性淋巴细胞、中性粒细胞、髓系树突状细胞、单核细胞系、内皮细胞和成纤维细胞。GSEA分析表明，C2组与多种免疫调节机制呈正相关，包括"细胞因子-细胞因子受体相互作用"、"自然杀伤细胞介导的细胞毒性"、"趋化因子信号通路"和"JAK-STAT信号通路"等。

3.2. C1和C2之间的差异表达基因

研究发现C1和C2亚型之间存在6306个差异表达基因，其中24个基因与TEX相关基因重叠。这些基因在C2亚型中均显著上调，包括PRF1、IRF1、WAS、BTK、B2M等。GO和KEGG富集分析显示这些基因参与多种适应性免疫系统的调节，包括淋巴细胞功能调节和活化、T细胞活化、T细胞分化等过程。

3.3. 预后和诊断模型

通过LASSO算法，研究人员从24个TEX相关基因中鉴定出8个候选预测基因（IRF1、IRF4、SP140、P2RY8、PDGFRB、CDH11、IL7R和TLL1）。其中IRF1和TLL1显示出良好的诊断价值，AUC分别为0.904和0.927。这8个基因组成的特征在诊断COAD方面表现出极好的效能，AUC达到1.000。

3.4. 单变量和多变量Cox回归分析

单变量Cox回归分析筛选出IRF1和PDGFRB进行多变量分析，最终确定这两个基因是总体生存的独立预后因素。高表达IRF1与较好的生存结局相关，而高表达PDGFRB则与较差的生存结局相关。由IRF1和PDGFRB组成的特征在亚型区分和COAD诊断方面表现出优异的性能，AUC分别为0.824和0.748。

3.5. PDGFRB和IRF1在免疫调节和肿瘤发生中的作用

较高的PDGFRB和IRF1表达水平代表大多数免疫细胞的浸润水平较高。单细胞测序显示IRF1在多种基质细胞中高表达，包括Treg、CD8⁺ T细胞、成纤维细胞和肌成纤维细胞，而PDGFRB主要分布在成纤维细胞和肌成纤维细胞中。两者都与癌症相关成纤维细胞(Cancer Associated Fibroblasts, CAF)呈显著正相关。

3.6. IRF1和PDGFRB过表达与我们队列中COAD样本的T细胞耗竭相关

免疫组化染色显示，在结肠腺癌患者的癌区检测到PD-1、IRF1和PDGFRB的强烈信号，而在相邻正常区域仅观察到微弱且稀少的阳性信号。定量分析表明，PD-1、IRF1和PDGFRB蛋白的表达丰度在肿瘤组织中显著升高，表明IRF1和PDGFRB与COAD样本中T细胞的耗竭状态存在潜在相关性。

研究结论表明，IRF1和PDGFRB作为TEX相关基因，能够有效预测结肠腺癌的预后。IRF1可能通过调节免疫反应和能量代谢发挥双重作用，既具有抗肿瘤效应，又与免疫抑制相关。PDGFRB则主要通过促进血管生成和CAF活化来促进肿瘤进展。这两个基因的表达水平与多种免疫细胞的浸润程度密切相关，且与重要的免疫调节分子存在显著相关性。

讨论部分强调，这项研究不仅为COAD的预后评估提供了新的生物标志物，还为理解TEX在COAD进展中的作用机制提供了重要见解。IRF1和PDGFRB作为潜在的免疫治疗靶点，有望为改善COAD患者的治疗效果提供新的策略。特别是这两个基因在肿瘤微环境中的复杂作用网络，为开发联合靶向治疗策略提供了理论依据。

该研究的重要意义在于首次系统性地探讨了TEX相关基因在COAD中的预后价值，并通过多组学分析结合实验验证，为临床转化提供了可靠证据。未来研究可以进一步探索针对IRF1和PDGFRB的靶向治疗方法，以及它们与其他免疫治疗策略的联合应用潜力。