《Journal of Stomatology Oral and Maxillofacial Surgery》：NOTCH gene pattern predicts prognosis, immune infiltration, and drug response in Head and Neck squamous cell carcinoma
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基于NOTCH相关基因的预后模型构建及免疫微环境关联性研究，筛选出COL28A1、EFEMP1等7个核心基因建立NOTCH评分模型，验证其在头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）患者生存预测中的高准确性（AUC＞0.7），并揭示高评分组免疫抑制微环境特征及化疗敏感性差异。
叶善亮|黄琳|马丽宇|徐玲丽|刘丽辉|李杰庄|张玉芳|高宝娟|纪宇然|郑中文|郭汉国
广东省人民医院淋巴瘤科，广东省医学科学院，南方医科大学，广州，510080，中国
摘要
背景
头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）是一种侵袭性很强的癌症，预后较差。尽管NOTCH信号通路在HNSCC中经常失活，但NOTCH相关基因的预后意义及其与肿瘤微环境的关联仍不清楚。
方法
通过单变量Cox回归和差异表达分析，在HNSCC患者中鉴定出NOTCH相关基因。使用LASSO回归构建了一个预后风险模型（NOTCH评分）。全面评估了NOTCH评分与临床结果、免疫浸润和治疗反应敏感性之间的关联。单细胞RNA测序和免疫组化用于评估风险基因在细胞和组织中的分布。
结果
选择了7个候选基因（COL28A1、EFEMP1、FGF9、FMOD、ITGA5、ROBO1和THBS1）来构建基于NOTCH的预后模型。根据中位NOTCH评分将患者分为高风险组和低风险组。高风险组的生存情况明显低于低风险组。ROC分析显示该模型具有很强的预后预测能力，在训练和验证队列中，3年生存率的AUC值均超过0.7。高NOTCH评分与免疫抑制的肿瘤微环境和对免疫治疗的不良反应相关。药物敏感性分析表明，高风险患者对CMK、Parthenolide和Thapsigargin等药物更敏感。在单细胞和蛋白质水平上，这7个基因主要在成纤维细胞和内皮细胞中表达，表明它们可能在肿瘤基质重塑和微环境调节中发挥作用。
结论
我们开发并验证了一个基于NOTCH的预后模型，其在HNSCC中具有很强的预测能力。NOTCH评分有助于评估免疫状态、预测治疗反应并指导个性化治疗。
引言
头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）主要起源于上呼吸消化道的黏膜上皮，是全球第六大常见的人类恶性肿瘤。HNSCC的发展与烟草使用、酒精消费和人乳头瘤病毒（HPV）感染密切相关[1]。这种癌症类型具有侵袭性，5年总生存率仅为约50%[2]。传统的治疗方式，包括手术、放疗和化疗，仍是主要的治疗手段。然而，这些方法往往效果有限且毒性较大[3]。尽管近年来治疗策略有所进展，但总体生存率仅略有提高，尤其是对于晚期诊断的患者。迄今为止，尚未发现可靠的分子生物标志物来预测预后或治疗反应，这突显了进一步进行分子分析以指导优化治疗决策的迫切需求[4]。
HNSCC的发病机制复杂，涉及遗传和环境因素的结合。在分子水平上，HNSCC的特点是多个肿瘤抑制通路的失活，其中Notch信号通路起着关键作用[5]。Notch信号通路根据细胞环境的不同，既可以作为致癌基因也可以作为肿瘤抑制因子[6]。它参与了癌症的关键特征，包括增殖、自我更新、血管生成和促肿瘤微环境的维持[7]。这些多方面的作用突显了Notch作为HNSCC治疗靶点的潜力[8,9]。多项研究表明，与正常组织相比，HNSCC组织中NOTCH1和NOTCH2的表达水平升高[6,10]。此外，在高达67%的人类HNSCC病例中发现了影响Notch通路的致癌突变，使得Notch通路的失活成为这种癌症类型的特征[11]。然而，NOTCH相关基因的预后分层潜力及其与HNSCC肿瘤免疫微环境的关联仍大部分未被探索。
鉴于Notch信号通路在HNSCC中的关键作用，我们旨在开发一种新的基于Notch的预后分层模型。首先通过单变量Cox回归和差异表达分析鉴定出候选的Notch相关基因。随后进行了亚组分析，以验证这些基因的预后价值，并对各亚组进行了免疫相关功能评估。使用LASSO Cox回归模型进一步完善基因特征并构建了基于Notch的预后模型。我们进一步评估了高风险组和低风险组之间免疫浸润的差异、对免疫治疗的潜在反应性和对化疗药物的敏感性。总体而言，我们的研究旨在提高预后精度，并为HNSCC患者提供个性化的治疗策略的新见解。
数据收集和预处理
通过Genomic Data Commons (GDC)门户从The Cancer Genome Atlas (TCGA, n = 499) 中获取了HNSCC患者的转录组和临床数据。下载了独立基因表达组（GEO）数据集（GSE65858）用于外部验证。所有基因表达矩阵在适当的情况下进行了log2转换。使用R语言中的“sva”包校正了GEO数据集之间的批量效应。从
识别HNSCC中的关键NOTCH相关基因
我们评估了TCGA-HNSC队列中182个NOTCH相关基因的表达和预后意义。单变量Cox回归分析确定了27个与患者预后显著相关的NOTCH相关基因（图1A）。同时，差异表达分析显示141个基因在肿瘤组织和正常组织之间存在显著差异。通过将预后基因与差异表达基因（DEGs）进行交集，我们获得了20个NOTCH相关基因
讨论
在这项研究中，我们系统地探讨了Notch信号通路在头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）中的预后意义和免疫相关影响，揭示了其生物学异质性和临床实用性。通过整合多个队列的转录组和临床数据，我们确定了20个与患者生存相关的NOTCH相关基因，并基于7个核心基因（COL28A1、EFEMP1、FGF9、FMOD、ITGA5、ROBO1和THBS1）构建了一个NOTCH评分模型
作者贡献
S.L.Y.、L.H.、L.Y.M.和L.L.X.分析和整理了数据；S.L.Y.撰写并修订了本文；L.H.L.、J.Z.L.、Y.F.Z.和B.J.G.生成了图表。Y.R.J.、Z.W.Z.和H.G.G.设计了研究、进行了修订并进行了监督。所有作者都审阅并批准了最终稿件。
伦理批准和参与同意
不适用
出版同意
不适用
数据和材料的可用性
本研究生成或分析的所有数据均包含在本文中。
CRediT作者贡献声明
叶善亮：撰写 – 初稿；数据整理。
黄琳：撰写 – 初稿。
马丽宇：撰写 – 初稿。
徐玲丽：撰写 – 初稿。
刘丽辉：数据整理。
李杰庄：数据整理。
张玉芳：数据整理。
高宝娟：数据整理。
纪宇然：撰写 – 审阅与编辑。
郑中文：撰写 – 审阅与编辑。
郭汉国：撰写 – 审阅与编辑。
利益冲突声明
所有作者声明，本研究是在没有任何可能被视为潜在利益冲突的商业或财务关系的情况下进行的。
致谢
本工作得到了广东省医学会临床科学研究基金（编号2024HY-B5010）和广州市卫生健康科技项目（编号20251A010092）的资助。
