《HUMAN MUTATION》：A Single-Cell Multiomics Pipeline Maps YBX1 as a Functional Biomarker for Immune Evasion and Therapeutic Resistance in Prostate Adenocarcinoma
编辑推荐：
将高分辨率多组学数据转化为临床可操作的生物标志物，对于克服前列腺腺癌（PRAD）的治疗抵抗和肿瘤异质性至关重要。为了解析复杂的免疫抑制性肿瘤微环境（TME）并识别稳健的预后靶点，研究人员开发了一种系统性的生物标志物发现流程，整合了单细胞RNA测序（scRNA-
将高分辨率多组学数据转化为临床可操作的生物标志物，对于克服前列腺腺癌（PRAD）的治疗抵抗和肿瘤异质性至关重要。为了解析复杂的免疫抑制性肿瘤微环境（TME）并识别稳健的预后靶点，研究人员开发了一种系统性的生物标志物发现流程，整合了单细胞RNA测序（scRNA-seq）映射和高维网络分析。通过对超过35,000个PRAD细胞的scRNA-seq图谱进行解卷积，恶性上皮区室的非负矩阵分解（NMF）揭示了九个不同的转录元程序（MPs）。高维加权基因共表达网络分析（hdWGCNA）确定了PRAD-MP7为核心增殖引擎，并提名恶性特异性基因YBX1为主要预后枢纽。为了建立临床效用证据，研究人员在六个独立的全球PRAD队列中验证了YBX1，其过表达稳健地预测了较差的总生存期（OS）和无复发生存期（RFS）。在体外通过siRNA介导的DU-145和PC-3细胞敲低进行的功验证实，显著削弱了增殖和侵袭能力，损害了细胞活力并下调了关键进展标志物（Ki-67、MMP2和MMP9）。至关重要的是，免疫基因组谱分析将YBX1表达映射到“免疫排斥”型TME，其特征是CD8+T细胞和树突状细胞浸润耗竭，同时伴随免疫检查点网络的升高。作为通往临床转化的桥梁，YBX1有效预测了三个免疫治疗队列的临床反应，并表现出对12种化疗和靶向药物的广泛抵抗。该研究的多组学整合流程突出了YBX1作为一种双重功能癌基因，耦合恶性增殖与免疫逃逸，确立了其作为高度可转化的生物标志物和精准PRAD管理的可操作靶点。
本研究发表于《HUMAN MUTATION》，针对前列腺腺癌（PRAD）治疗抵抗及肿瘤异质性难题，研究人员构建了整合单细胞RNA测序（scRNA-seq）映射与高维网络分析的生物标志物发现流程，旨在解析免疫抑制性肿瘤微环境（TME）并识别稳健的预后靶点。
研究背景方面，PRAD是全球男性第二大常见恶性肿瘤，局限性PRAD经根治性手术或放疗后预后良好，但一旦进展至转移性去势抵抗性PRAD阶段，5年生存率不足30%。尽管雄激素剥夺疗法（ADT）、化疗及免疫检查点抑制剂已应用于晚期PRAD临床管理，但其疗效常受限于原发或获得性耐药，而这主要由瘤内异质性和免疫抑制性TME的重塑所驱动。单细胞RNA测序技术的出现使得在单细胞分辨率下解析TME细胞结构成为可能，但鲜有研究整合非负矩阵分解（NMF）与高维加权基因共表达网络分析（hdWGCNA）来系统关联恶性细胞增殖转录程序与TME重塑、临床预后及治疗反应。Y-box结合蛋白1（YBX1）虽在多种恶性肿瘤中作为癌基因参与调控，但其在PRAD中调节恶性转录程序、TME免疫格局及治疗反应的角色尚未完全阐明。
关键技术方法上，研究人员整合了来自多个公共队列的基因表达数据及相应临床注释，包括TCGA-PRAD、DKFZ2018、GSE107299、GSE21034、GSE70768和GSE70769等，并获取了GSE172316和Tabula Sapiens的scRNA-seq数据。计算分析采用Seurat处理单细胞数据，InferCNV识别恶性细胞，NMF分解恶性细胞转录组以探索转录异质性，hdWGCNA识别共表达模块。体外验证通过siRNA介导的基因沉默结合CCK-8、EdU及RT-qPCR实验进行。统计分析主要采用Kaplan-Meier曲线、Cox回归及Wilcoxon秩和检验。
研究结果部分，首先，单细胞解卷积描绘PRAD TME。研究人员通过整合scRNA-seq图谱，将TME解构为六大主要细胞区室：T细胞、上皮细胞、基质细胞、内皮细胞、固有淋巴细胞（ILCs）和髓系细胞，并利用推断拷贝数变异（CNV）区分恶性上皮细胞与非恶性群体，随后通过无监督亚聚类细化细胞亚型。
其次，NMF揭示PRAD-MP7为核心癌症增殖（CP）程序。聚焦于恶性区室，NMF分析产生了九个稳健的转录元程序（MPs），其中MP7与已建立的CP基因特征呈最强正相关，表明其为驱动恶性增殖的主要转录引擎。
第三，hdWGCNA提名YBX1为PRAD-MP7的中心共表达节点。设定软阈值7以维持无标度拓扑结构，将转录组划分为不同模块，绿色模块的模块特征基因（ME）与PRAD-MP7特征相关性最强（皮尔逊r=0.76）。
第四，高YBX1表达稳健预测不良临床结局。通过将绿色模块基因与恶性上皮细胞中显著上调的转录本取交集，锁定13个核心基因，单变量Cox回归分析确定YBX1为首要预后风险基因。随后在包括TCGA-PRAD在内的六个独立PRAD队列中评估其预后价值，结果显示高YBX1表达与较短的总生存期（OS）及无复发生存期（RFS）显著相关。
第五，YBX1在体外关键驱动增殖和侵袭表型。在DU-145和PC-3细胞中进行siRNA介导的沉默，RT-qPCR证实敲低效率超过70%。YBX1缺失显著损害细胞增殖，表现为CCK-8实验中细胞活力降低，以及MMP2和MMP9表达下调。EdU掺入实验和Ki-67表达检测进一步证实了YBX1对细胞增殖的必要性。
第六，YBX1 orchestrates免疫抑制和排斥型TME。基因集富集分析（GSEA）显示高YBX1表达与T细胞激活等免疫激活通路呈负相关。Metascape分析证实了先天和适应性免疫过程的抑制。重要的是，YBX1水平在三个免疫治疗队列中有效预测治疗反应（AUCs分别为0.733、0.697和0.654）。ESTIMATE算法评分及MCPcounter、ssGSEA和TIMER去卷积分析一致表明，YBX1过表达与CD8+细胞毒性T细胞、树突状细胞和中性粒细胞浸润减少相关，且与PD-L1和CTLA-4等关键免疫检查点呈正相关。
最后，YBX1预示广泛的化疗和靶向药物抵抗。药物敏感性分析显示，高YBX1表达与对12种药物（包括多种细胞周期和靶向激酶抑制剂）的显著抵抗相关，提示YBX1驱动的肿瘤具有多重耐药表型。
讨论与结论部分，本研究通过整合单细胞和批量转录组数据，系统解析了PRAD的TME细胞格局和恶性细胞转录异质性，识别出增殖相关的转录元程序PRAD-MP7，并提名YBX1为该程序的关键调节基因。多队列预后验证、体外功能实验及综合免疫基因组分析表明，YBX1作为致癌驱动因子促进PRAD细胞增殖和侵袭，塑造免疫抑制性TME，并预示对免疫治疗和化疗的不良反应。研究不仅揭示了YBX1在PRAD恶性进展中的关键作用，也为PRAD的临床管理提供了潜在的生物标志物和分子靶点。尽管存在基于回顾性数据集及缺乏体内模型验证等局限，但该多组学整合研究确立了YBX1作为PRAD恶性进展、免疫抑制和治疗抵抗的关键调节因子，为开发YBX1靶向疗法奠定了基础。
