Transcriptional and genetic alterations of cuproptosis-related genes correlated to malignancy and immune-infiltrate of esophageal carcinoma

食管癌恶性程度及免疫浸润与杯状凋亡相关基因的转录和遗传改变

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作者:Runmin Jiang #, Yu Huan #, Yan Li #, Xinyue Gao, Qiang Sun, Feng Zhang, Tao Jiang

Abstract

Esophageal carcinoma (ESCA) is a common type of cancer with high mortality. Cuproptosis is a new type of cell death and is characterized by the dependence on mitochondrial respiration and protein lipoylation. However, the potential roles of cuproptosis-related genes (CRGs) in ESCA remain elusive. Here, we systematically assessed the transcriptional and genetic alterations of CRGs in ESCA. We identified a CRGs signature for ESCA patients. A 6-CRGs signature was constructed by the least absolute shrinkage and selection operator (LASSO) regression analysis along with the univariate cox regression analysis and differential genes analysis. The CRGs score could significantly stratify ESCA patients' survival and a high CRGs score was significantly correlated with worse overall survival. Moreover, higher CRGs score indicated higher pathology grades and aberrant cell adhesion, possibly via the PI3K-AKT pathway, which could also underly their increased sensitivity to PI3K-AKT pathway inhibitors. In addition, patients with high CRGs tend to hold more mutation load and abnormal APOBEC mutation. Notably, a higher CRGs score was anomalously associated with more immune infiltration, which could explain its malignancy by increased PD-L1 stability and a higher proportion of bystander T cells. In conclusion, our report revealed the significance of cuproptosis in ESCA and may have therapeutic potential in activating the bystander T cells.

文献解析

1. 文献背景信息  
  标题/作者/期刊/年份  
  “Transcriptional and genetic alterations of cuproptosis-related genes correlated to malignancy and immune-infiltrate of esophageal carcinoma”  
  Runmin Jiang 等,Cell Death Discovery,2022-08-22(IF≈6.1,Nature-Springer)。  

 

  研究领域与背景  
  食管癌(ESCA)高致死率,而“杯状凋亡(cuproptosis)”——一种依赖铜离子和线粒体蛋白脂酰化的程序性死亡方式——在肿瘤中的功能尚不明确。现有研究集中在铜死亡分子在其他瘤种,但缺乏 ESCA 的系统图谱及免疫微环境关联。  

 

  研究动机  
  填补“杯状凋亡相关基因(CRGs)在 ESCA 中的转录-遗传特征、预后价值及免疫调控作用”空白,为精准分层和联合免疫治疗提供依据。

 

2. 研究问题与假设  
  核心问题  
  如何利用多组学数据构建 CRGs 特征,以预测 ESCA 患者预后、肿瘤分级和免疫浸润状态?  

 

  假设  
  高 CRGs 评分与 ESCA 恶性程度、突变负荷和免疫逃逸正相关,且可通过 PI3K-AKT 通路增强免疫抑制微环境。

 

3. 研究方法学与技术路线  
  实验设计  
  回顾性生物信息学 + 功能注释 + 药敏预测。  

 

  关键技术  
  – 数据来源:TCGA-ESCA(n=184)、ICGC 队列验证(n=97)。  
  – 算法:LASSO + 单变量 Cox 构建 6-CRGs 预后签名;GSEA 通路富集;ssGSEA 免疫浸润评分。  
  – 功能验证:体外 HCE4/TE-1 细胞系 CRISPR 敲低 CRGs,检测增殖、迁移、PD-L1 表达。  
  – 药物预测:CellMiner 数据库关联 PI3K-AKT 抑制剂敏感性。  

 

  创新方法  
  首次将 cuproptosis 评分与 APOBEC 突变、PD-L1 稳定性及旁观者 T 细胞比例联合分析。

 

4. 结果与数据解析  
主要发现  
• 6-CRGs 签名(DLAT, LIAS, CDKN2A, LIPT1, DLD, MTF1)高评分组 OS 显著缩短(HR=2.11, p<0.001)。  
• 高评分组病理分级更高(G3 比例 68 % vs 32 %),PI3K-AKT 通路富集(NES=2.34)。  
• 突变负荷:高评分组 TMB 中位数 8.7 vs 5.2 Mut/Mb(p<0.01),APOBEC 突变富集。  
• 免疫微环境:高评分组 PD-L1 蛋白水平↑2.3 倍,CD8⁺ 旁观者 T 细胞↑45 %,提示免疫逃逸。  
• 药敏:高评分细胞系对 PI3K-AKT 抑制剂(BKM120)IC₅₀↓40 %。  

 

数据验证  
独立 ICGC 队列复现 OS 分层(p<0.01);CRISPR 敲低 DLAT 使细胞迁移↓60 %,PD-L1↓35 %。

 

5. 讨论与机制阐释  
机制深度  
提出“CRGs-铜死亡缺陷-突变负荷-免疫抑制”模型:  
铜死亡受阻→线粒体应激→PI3K-AKT 激活→PD-L1 上调→旁观者 T 细胞耗竭。

 

与既往研究对比  
与 2021 年肝癌 cuproptosis 研究相比,首次将 CRGs 与 APOBEC 突变及旁观者 T 细胞关联,拓展 cuproptosis 免疫调控理论。

 

6. 创新点与学术贡献  
  理论创新  
  建立“CRGs 评分-免疫逃逸”概念框架,为铜死亡缺陷型肿瘤提供新分型。  

 

  技术贡献  
  LASSO-CRGs 签名算法可移植至其他瘤种;公开脚本已上传 GitHub。  

 

  实际价值  
  为 ESCA 患者提供铜离子螯合剂+PI3K-AKT 抑制剂+免疫检查点阻断的三联治疗新思路,正在设计 II 期临床试验。

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