《Frontiers in Oncology》：Multi-omics and spatial transcriptomics decode the ZDHHC9-driven hypoxia-immunosuppressive axis in hepatocellular carcinoma
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摘要背景：肝细胞癌（HCC）是一个主要的全球健康挑战，治疗选择有限，凸显了对新生物标志物和治疗靶点的迫切需求。由ZDHHC酶介导的蛋白质棕榈酰化在癌症中发挥作用，但其在HCC发展中的全面功能尚不完全清楚。方法：研究人员对HCC中的ZDHHC家族进行了系统分析。
摘要背景：肝细胞癌（HCC）是一个主要的全球健康挑战，治疗选择有限，凸显了对新生物标志物和治疗靶点的迫切需求。由ZDHHC酶介导的蛋白质棕榈酰化在癌症中发挥作用，但其在HCC发展中的全面功能尚不完全清楚。方法：研究人员对HCC中的ZDHHC家族进行了系统分析。利用TCGA和GEO数据库的数据，评估了它们的表达、预后价值、与免疫浸润的关联以及药物敏感性。使用十种机器学习算法识别诊断生物标志物。随后，研究人员开发了一个一致的机器学习框架，以构建一个稳健的多基因预后特征。通过整合单细胞和空间转录组分析进一步表征肿瘤微环境。主要候选基因ZDHHC9的致癌功能通过siRNA敲低、体外实验和体内异种移植模型进行了功能验证。结果：多组学分析将ZDHHC9确定为关键预后因子和最佳诊断生物标志物。研究人员成功构建并验证了跨独立患者队列的强大多基因预后特征。ZDHHC9高表达与免疫抑制性肿瘤微环境和治疗耐药性增加相关。单细胞和空间转录组学揭示ZDHHC9在恶性上皮细胞中特异性上调，尤其是在缺氧亚群中。泛癌分析进一步确认ZDHHC9在其他癌症类型中频繁失调且与预后相关。功能上，ZDHHC9的缺失在体外显著抑制HCC细胞增殖、迁移和侵袭，并在体内抑制肿瘤生长。结论：本研究提供了HCC中ZDHHC家族的全面概况，建立了一个稳健的预后模型，并提名ZDHHC9作为新的诊断和预后生物标志物以及有前景的治疗靶点。ZDHHC9的致癌功能似乎与其促进缺氧表型和营造免疫抑制微环境的作用有关。
肝细胞癌（HCC）是全球癌症相关死亡的主要成因之一，现有治疗手段如手术、化疗和免疫疗法效果有限，尤其是晚期患者常因肿瘤微环境（TME）的免疫抑制特性而产生耐药。蛋白质棕榈酰化是一种由ZDHHC家族棕榈酰转移酶催化的脂质修饰，可动态调节底物蛋白的定位、稳定性和信号转导，但在HCC中的系统性作用尚不明确，尤其ZDHHC9在HCC中的功能几乎空白。为填补这一知识空白，研究人员整合多组学数据、单细胞转录组学和空间转录组学，系统解析了ZDHHC家族在HCC中的表达谱、预后价值、与微环境特征的关系，并聚焦ZDHHC9验证其致癌机制。研究发现ZDHHC9通过驱动缺氧表型和免疫抑制微环境促进HCC进展，可作为新型诊断和预后标志物及治疗靶点。该论文发表在《Frontiers in Oncology》。
关键技术方法方面，研究人员利用TCGA-LIHC队列和GEO数据集（GSE14520、GSE39791）进行转录组分析，采用十种机器学习算法（如支持向量机SVM、随机森林等）筛选诊断标志物，并构建一致机器学习框架生成多基因预后模型。单细胞RNA测序数据（GSE299340、GSE290298）经Seurat和Harmony整合后识别细胞亚群并计算棕榈酰化评分；空间转录组数据（来自Liu等发表工作）通过Sparkle数据库分析ZDHHC9的空间分布与缺氧特征的相关性。功能验证使用siRNA敲低Hep3B和Huh7细胞中ZDHHC9表达，进行CCK-8、集落形成、Transwell实验及BALB/c裸鼠异种移植模型。
研究结果如下：
3.1 一致的机器学习框架识别稳健的ZDHHC预后特征：通过弹性网络惩罚Cox回归（Enet）与RSF、Lasso等多种算法配对，在三个独立队列（TCGA-LIHC、GSE14520、GSE39791）中评估模型性能，最终选择CoxBoost算法构建包含ZDHHC9、ZDHHC16等风险基因和ZDHHC14、ZDHHC24保护基因的预后特征，高风险组患者总生存期显著缩短。
3.2 ZDHHC家族在HCC中的表达谱：比较TCGA-LIHC肿瘤与正常组织，发现19个家族成员上调；配对样本分析显示12个基因显著过表达，提示该家族在肝癌发病中起调控作用。
3.3 ZDHHC家族在HCC中的预后意义：Kaplan-Meier分析显示ZDHHC3、ZDHHC9、ZDHHC16、ZDHHC20与总生存期（OS）显著相关；ZDHHC1、ZDHHC3、ZDHHC18、ZDHHC20与疾病特异性生存期（DSS）相关；ZDHHC3、ZDHHC9、ZDHHC18、ZDHHC21、ZDHHC23与无进展间隔期（PFI）相关。
3.4 ZDHHC家族在HCC中的突变景观：ZDHHC13单核苷酸变异频率最高，错义突变为主；ZDHHC2的拷贝数变异（CNV）与mRNA表达正相关。
3.5 跨队列单细胞RNA测序揭示HCC微环境特征并确定ZDHHC9为核心棕榈酰化基因：整合两个独立scRNA-seq数据集（GSE299340、GSE290298）识别出六种主要细胞类型；恶性上皮细胞在肿瘤组织中显著扩增，T/NK和B/浆细胞减少，呈现免疫抑制；棕榈酰化评分在恶性上皮细胞中最高，ZDHHC9在肿瘤上皮细胞中特异性高表达。
3.6 单细胞分析揭示恶性上皮亚群并提示ZDHHC9参与缺氧表型调控：上皮细胞分为六种功能性亚群（代谢型、增殖型、缺氧/应激型、上皮-间质转化EMT/侵袭型、干样/耐药型）；CNV推断证实四种肿瘤富集亚群为真正恶性细胞；ZDHHC9在缺氧/应激亚群中特异性高表达，与棕榈酰化活性一致。
3.7 ZDHHC9/3/16/20在HCC中的免疫浸润分析：ssGSEA显示高表达组中活化细胞毒性细胞、树突状细胞（DC）和浆细胞样树突状细胞（pDC）浸润评分较低，提示促进免疫逃逸。
3.8 ZDHHC3/9/16/20的癌症药物敏感性分析：四个基因表达水平与多数药物半数抑制浓度（IC
50）正相关，ZDHHC9与耐药关联最强。
3.9 机器学习识别特征基因：SVM模型诊断性能最优（AUC=0.965），ZDHHC9为重要性评分最高基因；基因集富集分析（GSEA）发现ZDHHC9高表达组富集坏死性凋亡等通路，低表达组富集氧化磷酸化等通路。
3.10 泛癌表征揭示ZDHHC9的广泛致癌相关性：在14种癌症中上调，与不良预后及免疫浸润相关；突变和CNV调控其表达；与多种化疗药物敏感性相关。
3.11 ZDHHC9在HCC中的空间转录组分析：ZDHHC9表达与恶性区域空间共定位，且与缺氧评分高分布区域高度吻合，验证了缺氧-免疫抑制轴。
3.12 沉默ZDHHC9减弱HCC侵袭表型：siRNA敲低后细胞增殖、迁移、侵袭能力下降；体内异种移植模型显示肿瘤体积和重量显著减小，Ki67阳性率降低。
讨论部分总结：本研究系统描绘了ZDHHC家族在HCC中的功能，提出“缺氧-ZDHHC9-免疫抑制”轴。单细胞和空间转录组学首次在HCC微环境中证实ZDHHC9与缺氧信号的直接共定位，其高表达与免疫抑制微环境（细胞毒性T细胞和树突状细胞减少）相关。泛癌分析提示ZDHHC9作为跨癌种保守中心的作用，可能通过棕榈酰化稳定HIF-1α和上调PD-L1等底物调控免疫逃逸。但转录水平数据无法完全代表酶活性，需未来棕榈酰蛋白质组学研究。
结论翻译：研究人员的工作证实ZDHHC家族在HCC中发挥重要调控作用。通过整合多组学分析，利用一致机器学习框架开发了稳健的多基因预后特征，并在独立队列中展示了强大的预测价值。研究人员进一步将ZDHHC9确定为在HCC中肿瘤细胞特异性过表达的核心棕榈酰转移酶，尤其与缺氧表型和免疫抑制微环境相关。它可作为HCC的新型诊断生物标志物、预后指标及有前景的治疗靶点。此外，广泛的泛癌分析揭示ZDHHC9在多种癌症类型中普遍失调且具有临床相关性，凸显其作为泛癌生物标志物和候选靶向治疗手段的潜力。
