基于棕榈酰化相关的预后风险评分模型以及利用单细胞RNA测序数据对肺腺癌肿瘤微环境的特征分析

《Computational Biology and Chemistry》：A Palmitoylation-Related Prognostic Risk Scoring Model and Tumor Microenvironment Characterization in Lung Adenocarcinoma, Using Single-Cell RNA Sequencing Data

基于单细胞RNA测序和分子生物学验证，本研究系统解析了肺腺癌（LUAD）中蛋白棕榈酰化的异质性特征，构建了包含UBE2S、SEC61G、CCT6A、GAPDH和HLA-DRA的5基因预后模型，揭示了高棕榈酰化恶性上皮细胞与肿瘤免疫微环境、基因组不稳定性及药物敏感性（如SEC61G调控AZD3759响应性）的关联机制。

　　

刘海晓|胡月|王凌云|李长林|李东涛|孟凌汉|郑光达|任娟霞|尚璐|鲍彦菊

中国中医科学院广安门医院第二门诊部，北京100053

摘要

背景

肺腺癌（LUAD）是非小细胞肺癌的主要病理亚型。其显著的肿瘤异质性和药物耐药性构成了主要的临床障碍，导致患者预后不佳。已知蛋白质棕榈酰化是肿瘤发生的关键因素；然而，其在LUAD中的细胞特异性表达模式和预后价值尚未得到充分研究。

方法

利用两个独立的数据集TCGA-LUAD和GSE68465，以及10个LUAD样本的scRNA-seq数据，我们分析了与棕榈酰化相关的基因的表达情况。通过单细胞聚类、CNV分析和棕榈酰化活性评分，鉴定了恶性上皮细胞。应用10种机器学习算法基于差异表达基因构建了预后模型。使用RT-qPCR检测临床样本中预后标志基因的mRNA表达。体外实验证实了SEC61G在调节药物敏感性中的作用。

结果

鉴定出一组具有高棕榈酰化活性的恶性上皮细胞。通过CoxBoost+SuperPC方法建立了一个包含5个基因（UBE2S、SEC61G、CCT6A、GAPDH、HLA-DRA）的标志物组合，在GSE68465和TCGA-LUAD数据集中均显示出良好的预测效能。高风险样本比低风险组具有更高的突变负担、更大的基因组异质性和更强的肿瘤免疫抑制微环境。临床样本检测显示LUAD患者中UBE2S、SEC61G、CCT6A和GAPDH的表达上调，而HLA-DRA的表达下调。SEC61G的表达与AZD3759的敏感性呈负相关。体外实验表明，SEC61G敲低或单独使用AZD3759均能抑制LUAD细胞的增殖并诱导细胞凋亡；联合治疗未观察到协同效应，这表明SEC61G调节了LUAD细胞对AZD3759的敏感性。

结论

本研究全面揭示了棕榈酰化的细胞异质性，建立了一个可靠的棕榈酰化相关预后模型，并确定SEC61G为LUAD的一个有前景的治疗靶点，为LUAD的精准分层和治疗研究提供了新的视角。

引言

肺腺癌（LUAD）是非小细胞肺癌的主要亚型，其全球发病率和死亡率持续较高，对人类健康构成重大威胁（Nicholson等人，2022年）。根据最近的流行病学数据，2022年全球新发LUAD病例约为717,211例（占男性肺癌的45.6%）和541,971例（占女性肺癌的59.7%）（Luo等人，2025年）。尽管近年来免疫疗法和靶向疗法的突破显著改善了晚期患者的预后，但肿瘤异质性和治疗耐药性仍然是主要的临床挑战（Succony等人，2021年；Rohatgi和Govindan，2022年；Mogavero等人，2023年；Sun等人，2022年）。这种异质性不仅体现在驱动基因突变的多样性上，还体现在肿瘤微环境（TME）的复杂组成和动态演变中（Zhu等人，2022年；Yang等人，2022年）。鉴于其治疗的持续挑战，阐明LUAD的发病机制、发现新的治疗靶点并提高治疗效果至关重要。

翻译后修饰（PTMs）是指蛋白质合成完成后氨基酸侧链的共价修饰（Wang等人，2022年）。PTMs在生理和病理条件下都至关重要，它们调节蛋白质的稳定性、活性、折叠和信号转导、亚细胞定位和相互作用，并扩展了蛋白质组的功能多样性（Czuba等人，2018年）。常见的PTMs包括泛素化、磷酸化、甲基化、乙酰化和棕榈酰化（Li等人，2023年）。棕榈酰化作为一种可逆的PTM，会在半胱氨酸残基上添加疏水性的棕榈酰基团，从而增强修饰后蛋白质的疏水性并调节其在膜微结构中的定位和富集（Jansen和Beaumelle，2022年；Dennis和Heather，2023年）。这一过程对蛋白质的功能、稳定性、亚细胞分布和信号通路激活具有关键调节作用（Yang等人，2020年）。异常的蛋白质棕榈酰化与肿瘤发生、免疫逃逸以及阿尔茨海默病等炎症或神经退行性疾病的发病机制密切相关（Liu等人，2022年；Lin等人，2021年；Peng等人，2024年）。棕榈酰化参与了多种肺癌病理过程，包括肿瘤异质性、上皮-间质转化（Wei等人，2025年）、预后分层（Wu等人，2025年）和靶向治疗耐药性（Cui等人，2025年）。因此，棕榈酰化修饰酶（如ZDHHC家族）及其底物（如AXL）成为潜在的治疗靶点。由于棕榈酰化抑制剂（如TEAD抑制剂）已进入间皮瘤的临床试验，这种方法在LUAD治疗开发中具有前景。尽管棕榈酰化在癌症研究中的重要性日益受到重视，但其在LUAD中的作用仍需进一步探索。首先，现有的基于棕榈酰化相关基因（PRGs）的预后模型（如Wu等人的研究）主要依赖于传统的批量转录组数据，未能在单细胞水平上整合恶性细胞亚群中的棕榈酰化异质性特征，限制了它们捕捉肿瘤内复杂性的能力。其次，棕榈酰化修饰如何通过特定的恶性细胞亚群影响LUAD的TME重塑，特别是其与免疫浸润、基因组稳定性和治疗反应的关联，尚未得到系统的研究。填补这些研究空白有助于我们理解LUAD的发病机制并开发针对棕榈酰化的治疗方法。

为了解决这些问题，本研究结合了单细胞RNA测序（scRNA-seq）和分子生物学方法，系统地分析了LUAD中棕榈酰化的异质性、预后价值和功能机制。通过scRNA-seq，我们在单细胞水平上鉴定了具有不同棕榈酰化活性的恶性亚群，克服了传统批量分析在解析肿瘤内异质性方面的局限性。其次，我们构建了一个基于PRGs的预后模型，并验证了其在患者风险分层中的稳健性能，从而提高了LUAD预后评估的准确性。通过整合肿瘤突变谱、免疫浸润特征和药物敏感性数据，我们揭示了棕榈酰化相关风险特征在TME重塑和治疗反应中的作用。最后，体外实验证实了核心模型基因在LUAD细胞增殖和药物敏感性中的作用。通过整合单细胞转录组学、预后建模和分子验证，本研究从多个层面表征了LUAD中的棕榈酰化相关肿瘤内异质性，并解决了理解其在预后和TME调节中的作用方面的关键问题，为LUAD的精准分层和个性化治疗提供了新的理论见解和潜在靶点。工作流程如图S1所示。

数据来源

基因组数据从多个公共数据库下载。训练队列TCGA-LUAD包括539个LUAD肿瘤样本和59个匹配的正常组织，这些数据均来自癌症基因组图谱（The Cancer Genome Atlas），每个样本都标注了基因表达数据和临床变量（年龄、性别、肿瘤分期、TNM阶段）。TCGA表达数据被标准化为每百万映射读数每千碱基的片段数。为了确保预后分析的准确性，排除了总体生存期（OS）少于30天的样本。

恶性棕榈酰化相关上皮细胞的鉴定

接下来，我们研究了LUAD中不同细胞类型中的棕榈酰化修饰分布及其与恶性亚群的关联。经过质量控制和过滤后，根据转录组特征从scRNA-seq数据中鉴定出21个不同的细胞簇（见图1A）。根据标志基因表达，这些细胞被准确地归类为八种主要细胞类型：T细胞、上皮细胞、巨噬细胞、B细胞、增殖细胞、肥大细胞、成纤维细胞等。

讨论

近年来，尽管LUAD的诊断和治疗策略不断优化，但其异质性和药物耐药性仍然是进一步提高临床疗效的主要障碍（Yang等人，2022年；Gardner等人，2024年）。在这种背景下，蛋白质棕榈酰化作为一种能够精确调节蛋白质功能的关键机制，显示出显著的研究价值。棕榈酰化通过动态调节多种癌症的进程……

结论

总之，本研究结合了scRNA-seq和转录组数据，对LUAD的异质性进行了多层次分析。方法上，构建并验证了一个预后模型，并使用多种机器学习算法进行了验证，显示出在不同队列中的稳定性能。值得注意的是，在单细胞水平上，将棕榈酰化活性评分与恶性上皮细胞的鉴定相结合，使得能够探索棕榈酰化相关的特征。

伦理批准声明

本研究方案已获得中国中医科学院广安门医院伦理委员会的批准（批准编号：2026-030-KY）。

参与同意：所有参与者均提供了书面知情同意。

资助声明

1. 高水平中医医院的临床研究与成就转化能力提升项目（项目编号：HLCMHPP2023078）

2. 中国中医科学院创新关键基金（项目编号：YY3101202507001）

3. 第六批全国优秀中医临床实践培训项目（项目编号：Guo Zhong Yi Yao Ren Jiao Han [2025] No. 256）

利益冲突声明

作者声明没有已知的利益冲突。

作者贡献声明

刘海晓：撰写——初稿、资源获取、方法学设计、数据分析、概念构思。胡月：撰写——初稿、监督、方法学设计、数据分析、概念构思。尚璐：撰写——初稿、数据可视化、验证、数据分析、概念构思。鲍彦菊：撰写——审稿与编辑、项目管理、资金获取、数据分析、概念构思。郑光达：撰写——审稿

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。