《International Journal of Biological Macromolecules》：A novel comprehensive mucins relevant subtypes predict chemo-responses in colorectal cancer
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为解决结直肠癌（CRC）中黏蛋白（MUC）表达异质性高、缺乏系统性分型标准的问题，研究人员通过整合多组学数据与患者来源类器官（PDOs）验证，构建了四种黏蛋白相关亚型（代谢激活型、炎症型、免疫活化型、进展型），揭示了MUC20通过TNF-α/glycolysis正反馈环路驱动肿瘤糖酵解及免疫抑制的机制，为个体化化疗策略提供了新靶点。
结直肠癌是全球范围内发病率和死亡率均位居前列的恶性肿瘤。尽管手术、化疗和靶向治疗等手段不断进步，但患者预后仍存在显著差异，其中肿瘤异质性是导致治疗反应不一的关键因素。黏蛋白（Mucins, MUC）作为上皮细胞分泌的高分子糖蛋白，在结直肠癌中常呈现异常表达，并与肿瘤的侵袭、转移及耐药性密切相关。然而，既往研究多聚焦于单个黏蛋白分子（如MUC2、MUC5AC）的功能，缺乏对全部黏蛋白家族成员的系统性分析，限制了其在临床分型中的应用价值。因此，构建一个基于完整黏蛋白家族的结直肠癌分型体系，对于揭示肿瘤生物学行为异质性、指导个体化治疗具有迫切需求。
本研究利用来自Fudan University Shanghai Cancer Center (FUSCC)、The Cancer Genome Atlas (TCGA)及European Genome-phenome Archive等多个数据库的遗传、转录组及临床数据，结合单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术和患者来源类器官（Patient-Derived Organoids, PDOs）培养，对结直肠癌中黏蛋白表达谱进行了全面解析。通过恶性细胞比例校正（使用ESTIMATE算法）、主成分分析（PCA）及通路富集分析，识别出与预后和化疗反应相关的关键分子通路。体外实验采用人结直肠癌细胞系（RKO, HCT116）与THP-1来源巨噬细胞共培养模型，通过流式细胞术、ELISA、Western blot等技术验证MUC20对巨噬细胞极化的影响；体内实验通过裸鼠皮下移植瘤模型评估MUC20过表达联合TNF-α中和抗体对肿瘤生长的作用。
3.1. 黏蛋白表达受恶性细胞比例影响
通过比较高低恶性细胞比例组中上皮标志物（KRT19）、免疫标志物（CD45）及黏蛋白表达水平，发现黏蛋白表达显著依赖于样本中恶性细胞比例，提示在进行基因表达分析时需进行细胞比例校正以确保准确性。
3.2. 黏蛋白依赖的CRC分型
基于校正后的黏蛋白表达谱，通过聚类分析将患者分为四个亚型：Group 1（MUC1/2/5AC/5B/4高表达）、Group 2（MUC12/3A/20高表达）、Group 3（MUC13/17高表达）及Group 4（MUC15/16/19/21/22/L1高表达）。生存分析显示，Group 2患者中位总生存期（OS）最短（35个月），而Group 4患者预后最佳（中位OS 115个月）。
3.3. PCA分类器验证分型稳健性
PCA分析进一步确认了四种亚型的分子特征：PC1（代谢激活型）与甘油代谢等通路相关；PC2（炎症型）富集于TNF-α、IFN-γ信号；PC3（免疫活化型）与淋巴细胞活化相关；PC4（进展型）与细胞外基质重组相关。预测模型AUC值均高于0.85，显示高分型准确性。
3.4. 亚型的预后价值与预测精度
高PC1、PC2、PC4评分患者OS显著较差，而高PC3评分患者生存期延长。PC1、PC2、PC3、PC4的AUC值分别为0.977、0.997、0.985、0.869，表明该分型系统对预后具有高度预测能力。
3.5. 糖酵解驱动黏蛋白相关异质性
scRNA-seq分析显示，Group 2（预后最差亚型）在恶性细胞和髓系细胞中糖酵解通路活性显著升高，且与TNF-α/NF-κB通路激活密切相关。
3.6. MUC20促进M2型TAM极化
体外实验证实，MUC20过表达的癌细胞通过分泌IL-4/IL-13诱导巨噬细胞向M2型（CD163+/CD206+）极化，进而促进免疫抑制微环境形成。
3.7. TAM加剧肿瘤糖酵解与缺氧
共培养实验中，TAM通过分泌TNF-α上调癌细胞中糖酵解关键酶（LDHA、HK2等）及缺氧相关基因（VEGF-A、CA9）表达，并降低氧消耗率（OCR），增强细胞外酸化率（ECAR），诱导代谢重编程。
3.8. MUC20/TNF-α/糖酵解正反馈环路
TAM来源的TNF-α不仅促进癌细胞糖酵解，还反向上调MUC20表达，形成恶性循环。动物实验中，TNF-α中和抗体可逆转MUC20过表达驱动的肿瘤生长。
3.9. TAM抑制细胞毒性T细胞功能
多重免疫组化显示，高CD68+TAM浸润与PD-1+/CD8+T细胞耗竭及PD-L1表达升高相关，提示糖酵解微环境削弱抗肿瘤免疫。
3.10. 基于黏蛋白表达的潜在治疗效应
PDOs药敏实验表明，Group 2患者对5-Fu或CPT-11敏感，但对FOLFOX方案可能耐药，为临床化疗方案选择提供了依据。
本研究首次基于完整黏蛋白家族建立了结直肠癌的分子分型系统，揭示了MUC20通过调控TAM极化及糖酵解代谢驱动肿瘤进展的新机制。该分型不仅具有显著的预后预测价值，还通过PDOs模型验证了其指导个体化化疗的潜力。此外，研究提出的MUC20/TNF-α/glycolysis正反馈环路为靶向肿瘤代谢-免疫交叉对话提供了新思路。尽管存在样本量有限、缺乏外部队列验证等局限性，但这一分型策略通过整合多组学数据与功能实验，为结直肠癌精准治疗奠定了重要理论基础。未来可通过扩大样本、开发临床检测试剂盒（如基于22个黏蛋白的qPCR Panel）推动其临床转化。
