《International Journal of Genomics》：Construction of a Mitochondria-Related Gene Diagnostic Model Based on Integrated Multiomics Data and Functional Validation of ANK2 as a Key Regulator in Colorectal Cancer
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本文通过整合TCGA和GEO数据库的转录组数据，结合MitoCarta3.0线粒体基因集，运用LASSO和SVM-RFE机器学习算法筛选出8个关键线粒体相关基因（ABCG2、ANK2、MACC1、PMAIP1、SLC22A5、SLC25A34、ACAT1、PDK4），构建了结直肠癌（CRC）早期诊断模型。研究通过CIBERSORT免疫细胞浸润分析、单细胞RNA测序（scRNA-seq）及分子生物学实验验证，首次揭示ANK2通过调控细胞凋亡和血管生成在CRC中的抑癌功能，为CRC早期筛查提供了新型分子标志物和理论依据。
技术路线与差异基因筛选
研究整合TCGA数据库和GEO数据集（GSE21510、GSE44076、GSE9348）的1174个样本转录组数据，通过limma和sva包进行批次校正后，筛选出7422个差异表达基因（DEGs）。GO和KEGG富集分析显示这些基因显著富集于细胞周期、代谢重编程、免疫微环境调控等通路，GSEA进一步提示坏死性凋亡、Wnt信号通路异常在CRC发生中起核心作用。
线粒体相关诊断模型的构建与验证
从MitoCarta3.0数据库获取线粒体基因集，与DEGs交集得到1020个线粒体相关差异基因。经LASSO回归（75个基因）和SVM-RFE（31个基因）机器学习算法筛选，最终确定8个关键基因（ABCG2、ANK2、MACC1、PMAIP1、SLC22A5、SLC25A34、ACAT1、PDK4）构建诊断模型。ROC曲线显示所有基因AUC值均大于0.9，其中ABCG2等6个基因在CRC中下调，MACC1和PMAIP1上调。
基因互作与免疫微环境关联
GeneMANIA网络分析揭示关键基因通过共表达和结构域共享参与药物外排、代谢重编程等生物学过程。CIBERSORT和xCell分析表明，这些基因与CD8+T细胞、M2巨噬细胞等免疫细胞浸润显著相关。例如ANK2与初始B细胞正相关，与活化肥大细胞负相关；多元Cox回归显示ANK2为保护性预后因子，而PMAIP1和MACC1为危险因子。
单细胞表达谱与凋亡评分
基于scRNA-seq数据集GSE245552（含18例CRC患者16万个细胞），通过Seurat聚类和singleR注释识别11种细胞类型。t-SNE可视化显示ANK2在正常组织平滑肌细胞高表达，MACC1和PMAIP1在肿瘤上皮细胞及免疫细胞中上调。AUCell凋亡评分表明癌细胞凋亡活性普遍升高，且ANK2表达与凋亡评分呈负相关。
ANK2功能的实验验证
HPA数据库免疫组化及qRT-PCR、Western blot验证ANK2在CRC组织和细胞系（SW620、RKO等）中低表达。TUNEL实验显示过表达ANK2促进LoVo细胞凋亡，而敲低ANK2抑制凋亡。血管生成实验表明ANK2过表达条件培养基可抑制HUVEC细胞成管能力，提示其通过调控血管生成影响肿瘤微环境。
研究意义与局限性
本研究构建的线粒体相关多基因诊断模型为CRC早期筛查提供新策略，首次证实ANK2通过促进凋亡和抑制血管生成发挥抑癌作用。未来需在多中心队列中验证模型临床适用性，并深入探索线粒体基因与肿瘤微环境的交互机制。
