《Translational Oncology》：Multi-omics interrogation identifies IRF4 as a causal transcription factor in monocytes that suppresses colorectal cancer progression by remodeling the immune microenvironment and inhibiting EMT
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研究人员整合单细胞RNA测序（scRNA-seq，GSE161277）、批量转录组数据（GEO及TCGA数据库）与孟德尔随机化（MR）分析，识别与结直肠癌（CRC）发生存在因果关联的免疫细胞亚群及转录因子（TFs）。空间转录组学、多种免疫反卷积算法及体外实验（
研究人员整合单细胞RNA测序（scRNA-seq，GSE161277）、批量转录组数据（GEO及TCGA数据库）与孟德尔随机化（MR）分析，识别与结直肠癌（CRC）发生存在因果关联的免疫细胞亚群及转录因子（TFs）。空间转录组学、多种免疫反卷积算法及体外实验（包括慢病毒介导的IRF4表达调控、流式细胞术及酶联免疫吸附试验）被用于验证候选转录因子的表达特征、免疫调节功能及预后价值。单细胞分析将单核细胞鉴定为结直肠癌发病过程中最关键的细胞亚群；MR分析显示，单核细胞相关转录因子IRF4与结直肠癌风险升高存在因果关系。IRF4在结直肠癌组织中mRNA及蛋白水平均显著下调，伴随甲基化水平升高并与不良预后相关。多组学免疫分析表明，IRF4表达与免疫细胞浸润程度、癌症免疫循环评分及免疫治疗应答相关。空间分布上，IRF4富集于正常或低恶性区域。体外实验中，在HCT116结直肠癌细胞中过表达IRF4可上调趋化因子CXCL8和CCL5的分泌，增加共培养体系中CD14+IRF4+单核细胞及CD3+CD8+IRF4+T细胞的比例，并抑制上皮间质转化（EMT）；敲低IRF4则产生相反效应。结果表明，单核细胞相关转录因子IRF4是结直肠癌发生发展的因果因素，其表达下调与不良预后及抗肿瘤免疫功能受损相关。IRF4通过调控趋化因子分泌、免疫细胞招募及EMT过程重塑肿瘤微环境，可作为结直肠癌免疫治疗的潜在靶点。
本研究发表于《Translational Oncology》，针对结直肠癌（CRC）临床治疗中晚期患者预后差、免疫治疗响应机制不明确的问题展开。结直肠癌是全球高发恶性肿瘤，尽管手术与化疗对部分患者有效，但晚期患者生存获益有限，免疫治疗虽具潜力，其背后的肿瘤细胞与免疫微环境互作机制尚未完全阐明。肿瘤微环境（TME）由肿瘤细胞、基质细胞、免疫细胞及信号分子共同构成，深刻影响肿瘤进展与治疗应答，其中单核细胞及其分化产生的肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）在结直肠癌免疫调控中的作用仍存在争议。转录因子（TFs）作为基因表达的核心调控者，其异常激活或失活参与肿瘤发生发展，但哪些单核细胞相关转录因子对结直肠癌具有因果驱动作用尚待明确。研究人员通过整合多组学分析与功能实验，旨在识别结直肠癌关键致病细胞亚群及因果转录因子，阐明其调控免疫微环境与肿瘤进展的分子机制，为免疫治疗提供新靶点。
研究采用的关键技术方法包括：基于GEO数据库的单细胞RNA测序数据集（GSE161277）进行细胞亚群聚类与注释；利用广义线性模型与随机森林模型评估细胞亚群对结直肠癌风险的贡献度；通过单细胞质控调控网络推理工具（pySCENIC）构建转录因子调控网络；采用两样本孟德尔随机化（MR）分析，以eQTLGen联盟的单核细胞转录因子表达数量性状位点（eQTLs）及冰岛人群蛋白质数量性状位点（pQTLs）为暴露变量，IEU OpenGWAS项目的结直肠癌全基因组关联数据（ukb-b-20145）为结局变量，验证因果关联；整合多批次GEO与TCGA批量转录组数据，结合CIBERSORTx、TIMER2.0等多种免疫反卷积算法解析IRF4与免疫浸润的相关性；利用空间转录组学数据（OEP001756）定位IRF4在组织中的空间分布；通过体外共培养体系结合流式细胞术、酶联免疫吸附试验验证IRF4对免疫细胞招募、趋化因子分泌及上皮间质转化的调控功能。
研究结果如下：
单细胞聚类与细胞亚型鉴定：经质量控制与降维聚类，从结直肠癌及配对正常样本中识别出11种细胞亚型，包括CD8+T细胞、初始B细胞、单核细胞、上皮细胞等。结直肠癌样本中CD8+T细胞比例升高，正常样本中上皮细胞占比更高。
单核细胞亚群及相关转录因子识别：通过DALEX包解析细胞亚群重要性，随机森林模型显示单核细胞是预测结直肠癌风险的最关键变量；TCGA免疫浸润分析证实单核细胞浸润水平升高与患者不良生存相关，因此选定单核细胞为关键研究对象。pySCENIC分析鉴定出153个单核细胞潜在转录因子，其中IRF4调控子的活性评分较高。
IRF4被鉴定为结直肠癌关键单核细胞转录因子：孟德尔随机化分析显示，ZNF407、ZBTB40、SP3、RFX2及IRF4的表达变化与结直肠癌风险存在因果关系，其中IRF4在结直肠癌中表达下调最为显著，留一法敏感性分析与水平多效性检验证实结果稳健。
IRF4在结直肠癌中的表达与预后：多数据集验证显示，IRF4在结直肠癌组织中mRNA与蛋白水平均显著降低，DNA甲基化水平升高；TCGA队列生存分析表明，高IRF4表达与患者更长的总生存期（OS）、无进展间期（PFI）及无病间期（DFI）相关，限制性立方样条分析揭示二者呈非线性关系。
IRF4对结直肠癌肿瘤微环境的影响：多算法免疫浸润分析显示，IRF4表达与B细胞、树突状细胞、T细胞及单核细胞丰度正相关，且与癌症免疫循环各步骤评分正相关；单细胞水平分析显示IRF4在不同T细胞亚型中表达存在差异，空间转录组学证实其富集于正常或低恶性区域。
IRF4调控功能的实验验证：蛋白质印迹与流式细胞术证实结直肠癌细胞系中IRF4蛋白表达显著低于正常结肠上皮细胞；体外共培养实验显示，过表达IRF4可增加共培养体系中CD14+IRF4+单核细胞及CD3+CD8+IRF4+T细胞比例，上调上清中CXCL8与CCL5分泌水平，并提升上皮标志物E-钙黏蛋白阳性细胞比例、降低间质标志物波形蛋白阳性细胞比例，敲低IRF4则产生相反效应。
讨论部分指出，本研究首次通过多组学整合分析确立单核细胞为结直肠癌关键致病细胞亚群，并证实IRF4是其核心因果转录因子。既往研究已报道单核细胞异质性影响其促癌或抑癌功能，而IRF4可调控单核细胞向免疫刺激型树突状细胞分化，并促进调节性T细胞功能。本研究发现IRF4表达下调导致趋化因子分泌减少、免疫细胞招募不足及EMT抑制减弱，形成免疫抑制性微环境。研究同时指出局限性：未明确IRF4在单核细胞中的下游靶基因，缺乏独立临床队列与体内模型验证，IRF4调控趋化因子与EMT的具体机制仍需深入探索。研究结论强调，IRF4通过多维度重塑肿瘤微环境发挥抑癌作用，是结直肠癌免疫治疗的潜在靶点，未来需进一步解析其下游分子网络并推进临床前转化研究。
