《Computational Biology and Chemistry》：Prognostic signature and immune microenvironment characterization in colorectal cancer based on interleukin-related genes
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结直肠癌（CRC）预后异质性显著，本研究整合TCGA-COAD/READ和GEO-GSE39582数据集，通过共识聚类发现25个IL相关基因（IRGs）定义两种分子亚型，运用LASSO-Cox回归筛选12个IRGs构建预后模型，验证显示该模型1/3/5年生存曲线下面积分别为0.683/0.684/0.629，有效区分免疫“热”和“冷-基质富集”微环境，并揭示IL20RB在抑制CRC细胞增殖迁移中的功能。
Jinzhong Cao|Shaohua Hou|Zijing Wang|Zhanyuan Sun|Xin Chang|Xi Chen|Hengyi Lv|Tao Jiang|Hai Li
宁夏医科大学总医院第一临床医学院，中国银川胜利路804号，750004
摘要 背景 结直肠癌（CRC）具有显著的预后异质性，免疫检查点抑制剂仅对约10%–15%的错配修复缺陷/微卫星不稳定高（dMMR/MSI-H）状态的患者有效。因此，迫切需要既具有生物学解释性又具有临床应用性的风险分层工具。
方法 我们整合了TCGA-COAD/READ和GEO-GSE39582队列的转录组和临床数据，共包含1209例病例，并鉴定出25个白细胞介素相关基因（IRGs）。通过共识聚类，我们定义了两种不同的分子亚型。在训练队列中，LASSO-Cox回归确定了12个IRGs用于构建预后风险评分模型，该模型随后在独立队列和合并数据集中得到了验证。使用CIBERSORT、单样本基因集富集分析（ssGSEA）和ESTIMATE算法对免疫-基质微环境进行了表征。通过定量PCR（qPCR）和免疫组化（IHC）评估了IL20RB的表达，并通过小干扰RNA（siRNA）介导的敲低实验评估了其功能作用。
结果 该风险模型在合并队列中对于1年、3年和5年的总生存率（OS）的AUC值分别为0.683、0.684和0.629。调整TNM分期和年龄后，风险评分仍然是一个独立的预后因素。高风险组表现出“免疫冷、基质丰富”的表型，其特征是M2巨噬细胞和中性粒细胞的富集。相比之下，低风险组表现出“免疫炎症”表型，CD8? T细胞和NK细胞的浸润增加。IL20RB在CRC组织和细胞系中显著过表达，其敲低抑制了细胞增殖、迁移和侵袭。
结论 我们建立并验证了一个基于IRGs的新预后模型，证明了其预测OS的能力，并能有效区分免疫炎症（“热”）和非炎症（“冷”）肿瘤微环境。IL20RB的过表达及其功能相关性表明它参与了免疫冷、基质丰富的表型，为进一步研究CRC进展中的IL相关信号通路和靶向治疗提供了实验依据。
引言 结直肠癌（CRC）在全球所有癌症中发病率排名第三，死亡率排名第二，每年估计有200万新病例和100万死亡病例（Hulst等人，2024年）。尽管围手术期多模式治疗和针对EGFR和VEGF的靶向疗法取得了进展，但在同一临床阶段的患者中，5年生存率仍存在超过30%的差异（Mulet-Margalef等人，2023年）。此外，免疫检查点抑制剂（ICIs）仅对10%–15%的错配修复缺陷/微卫星不稳定高（dMMR/MSI-H）肿瘤患者具有临床益处（Sahin等人，2019年；Bui等人，2022年）。这些局限性突显了迫切需要一个生物学上可解释且临床上可转化的风险分层系统，以实现精确的患者分类并指导免疫治疗决策。
白细胞介素（IL）家族包含41种细胞因子，分为IL-1、IL-10和IL-17等亚组，在炎症、免疫细胞浸润和基质重塑中通过JAK/STAT、MAPK和PI3K等信号通路发挥关键作用（Li等人，2020年）。最近的研究强调了IL信号在CRC中的多样性和依赖性（Maryam等人，2023年）。例如，IL-22/IL22RA1轴通过激活STAT3–β-连环蛋白通路促进肿瘤干性（Brand等人，2006年）；来自肠上皮细胞的IL-33–ST2信号增强调节性T细胞（Treg）的招募并重新编程癌相关成纤维细胞（Larsen等人，2018年；Mahapatro等人，2021年）；IL-27–CXCL9/10轴增强CD8? T细胞浸润，并与ICIs协同作用以增强抗肿瘤反应（Zheng等人，2018年）。相反，IL-23/IL-17A介导的中性粒细胞–中性粒细胞胞外陷阱（NET）循环在微卫星稳定（MSS）CRC中显著促进肝转移（Li等人，2018年）。总体而言，这些发现表明白细胞介素相关基因（IRGs）通过促进和抑制肿瘤的复杂相互作用调节CRC的免疫表型。然而，对IRG表达模式、分子亚型及其预后和免疫相关性的全面分析仍然有限。此外，关键受体（如IL20RB）的亚细胞定位和功能作用尚未完全了解。
为了解决这些知识空白，我们系统地整合了TCGA和GEO的转录组数据，共包含1209例CRC病例，并鉴定出与总生存率（OS）显著相关的IRGs。基于25个基因的IL特征，我们定义了两种不同的分子亚型，捕捉了CRC中IL信号的异质性。在训练队列中使用LASSO-Cox回归，我们进一步精炼了一个12个基因的IRG面板来构建预后风险评分模型。该模型在独立验证队列和合并数据集中显示出稳健且一致的预测性能，有效地将肿瘤分为免疫“热”和免疫“冷-基质丰富”表型。通过使用CIBERSORT和ESTIMATE进行综合免疫景观分析，我们发现高风险组在免疫抑制和基质激活特征上富集，而低风险组则表现出效应T细胞浸润增加。聚焦于模型中的核心基因IL20RB，我们确认了其在CRC组织和多个细胞系中的显著过表达。功能实验表明，小干扰RNA（siRNA）介导的IL20RB敲低同时抑制了细胞增殖、迁移和侵袭。总之，我们的研究提出了一个基于IL轴的CRC分子分类和预后评估系统，为阐明IL相关信号在CRC进展中的作用提供了全面的资源和实验框架，并支持该领域的未来转化研究。
数据获取 本研究分析的所有转录组和临床信息均来自公开可用的数据库。训练和测试队列的基因表达谱及相应的临床随访信息来自癌症基因组图谱（TCGA）的结肠腺癌（COAD）和直肠腺癌（READ）数据集，可通过官方TCGA门户获取（
https://portal.gdc.cancer.gov/ ）。独立的外部验证数据集GSE39582
基于TCGA的IRGs差异表达分析 整合TCGA-COAD和TCGA-READ队列后，共鉴定出119个在CRC和正常组织之间显著差异表达的IRGs，包括80个上调基因和39个下调基因。这些差异表达IRGs在样本中的表达谱通过热图可视化（图1A），而火山图提供了它们统计显著性和表达变化幅度的概览（图1B）。
关键IRGs的生存关联和表达相互作用网络 通过整合转录组数据
讨论 白细胞介素（IL）家族包含40多个成员，作为炎症–肿瘤连续体中的核心信号整合器（Habanjar等人，2023年）。IL介导的通路——特别是JAK/STAT、NF-κB和MAPK信号——在调节肿瘤微环境（TME）中发挥关键作用，不仅影响免疫细胞动态，还直接影响肿瘤细胞增殖、侵袭和治疗反应（Ben Hamouda和Essafi-Benkhadir，2023年；Rah等人，2022年）。例如，在CRC中，IL介导的通路
CRediT作者贡献声明 Tao Jiang： 软件、资源、研究。Hai Li： 写作 – 审稿与编辑、资金获取。Xi Chen： 监督、方法学。Hengyi Lv： 项目管理、研究、正式分析。Zhanyuan Sun： 软件、研究、正式分析、概念化。Xin Chang： 项目管理、方法学、数据管理。Zijing Wang： 写作 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、监督、软件、资源、项目管理，
伦理声明 在手术前从每位患者处获得了书面知情同意。所有研究方案均获得了宁夏医科大学总医院临床研究伦理委员会的批准（参考编号：KYLL-2024–1400）。所有方法均遵循相关指南和规定进行，包括赫尔辛基宣言。
资助 该项目得到了国家自然科学基金 （编号：82260543）和宁夏自然科学基金 （2023AAC05058；2022AAC03501；2023AAC03566）的支持。
利益冲突声明 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
