基于多组学与实验验证揭示外源性硫化氢干预结直肠癌发病机制的作用机制

《HUMAN MUTATION》：Revealing the Action Mechanism of Exogenous Hydrogen Sulfide Intervention in Colorectal Cancer Pathogenesis Based on Multiomics Analysis and Experimental Validation

本研究通过整合多组学分析与细胞实验，系统揭示了外源性硫化氢（H2S）在结直肠癌（CRC）治疗中的潜在作用靶点与分子机制。研究发现MAPK1、MAPK3、AKT1、ESR1、JUN等五个核心基因可能是H2S调控CRC的关键靶点，其作用机制涉及细胞应激反应、IL-17信号通路等关键生物学过程。实验验证表明，H2S供体NaHS可显著抑制CRC细胞增殖、促进细胞凋亡，并下调关键靶点表达。该研究为H2S靶向治疗CRC提供了新的理论依据和实验支持。

　　

1. 引言

结直肠癌（CRC）是全球癌症相关死亡的主要原因之一，其治疗仍面临复发和转移的挑战。硫化氢（H₂S）作为一种气体信号分子，在多种疾病中发挥双重调节作用，近年研究发现其具有抗肿瘤特性，但具体机制尚不明确。多组学技术为揭示疾病机制提供了新思路。本研究通过整合多组学分析与实验验证，系统探索外源性H₂S干预CRC的潜在靶点与作用机制。

2. 材料与方法

研究从TCGA和GEO数据库获取CRC相关mRNA数据，通过差异表达基因（DEGs）分析筛选CRC相关基因。从STITCH、TargetNet和PubChem数据库获取H₂S作用靶点，取交集得到322个潜在靶点。利用STRING数据库构建蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络，通过Cytoscape软件筛选核心基因。进行GO和KEGG富集分析探索生物学功能。采用单细胞RNA测序分析核心基因在肿瘤微环境中的分布。通过细胞实验验证H₂S供体NaHS对CRC细胞增殖、凋亡及核心基因表达的影响。

3. 结果

3.1. CRC差异表达基因鉴定

从TCGA和GSE156355数据集分别鉴定出1333和6557个DEGs。PCA分析显示这些基因能明显区分CRC组织与正常组织。

3.2. 核心基因筛选

通过PPI网络分析筛选出5个核心基因：MAPK1、MAPK3、JUN、ESR1和AKT1。这些基因在H₂S干预CRC中可能起关键作用。

3.3. 交集基因生物学功能预测

GO分析显示322个交集基因显著富集于细胞应激反应、IL-17信号通路等生物学过程。KEGG分析表明这些基因参与Chagas病、C型凝集素受体信号通路等。

3.4. 核心基因诊断价值

ROC曲线分析显示，ESR1和MAPK3对CRC具有良好诊断价值（AUC > 0.8）。生存分析表明MAPK1、AKT1和MAPK3与CRC预后相关。

3.5. 核心基因预后价值

Kaplan-Meier分析显示，AKT1高表达患者无进展生存期（PFS）较差；MAPK1高表达患者总生存期（OS）较好；MAPK3高表达患者PFS较差。

3.6. 肿瘤微环境中核心基因分布

单细胞RNA测序分析显示，JUN在免疫细胞中高表达；MAPK1、MAPK3、AKT1和JUN在多种细胞类型中均有分布。

3.7. H₂S抑制细胞增殖并促进细胞凋亡

NaHS处理显著抑制HT-29和HCT-116细胞增殖，促进细胞凋亡，并抑制集落形成。

3.8. H₂S对核心基因的影响

q-PCR实验表明，NaHS处理显著下调MAPK1、MAPK3、AKT1和JUN的mRNA表达，但对ESR1表达无显著影响。

4. 讨论

本研究通过多组学分析结合实验验证，系统阐述了外源性H₂S干预CRC的潜在机制。研究发现MAPK1、MAPK3、AKT1、ESR1和JUN可能是H₂S调控CRC的关键靶点。这些基因参与细胞应激反应、IL-17信号通路等重要生物学过程。实验验证表明H₂S通过下调这些核心基因表达，抑制CRC细胞增殖并促进凋亡。研究为H₂S靶向治疗CRC提供了新视角。

5. 结论

本研究通过多组学分析识别了H₂S干预CRC的五个核心靶点，发现H₂S可能通过调节细胞应激反应和IL-17信号通路抑制CRC进展。实验验证表明外源性H₂S能抑制CRC细胞增殖，其机制与下调MAPK1、MAPK3、AKT1和JUN表达相关。这些发现为开发基于H₂S的CRC治疗策略奠定了理论基础。