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單細胞轉錄組聯合臨床特征解析牙源性角化囊腫惡性轉化的分子機制與神經侵襲特性
《Computational and Structural Biotechnology Journal》:Integrating single-cell sequencing and clinical insights to explore malignant transformation in odontogenic keratocyst
【字體: 大 中 小 】 時間:2025年05月07日 來源:Computational and Structural Biotechnology Journal 4.5
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本研究針對牙源性角化囊腫(OKC)惡性轉化機制不明的難題,通過單細胞RNA測序(scRNA-seq)分析3例癌變樣本(COKC),發現Basal-C0-EXT1和Basal-C3-HIST1H3B兩個特異性上皮亞群,揭示其通過E2F通路驅動干細胞特性增強和神經侵襲表型,同時發現MAST4介導的低淋巴結轉移特性,為臨床診療提供新靶點。
在口腔頜面外科領域,牙源性角化囊腫(Odontogenic keratocyst, OKC)因其侵襲性生長特性備受關注。這種約占所有牙源性囊腫10%的病變,雖然惡變為癌性牙源性角化囊腫(Cancerous odontogenic keratocyst, COKC)的概率僅0.55%,但一旦發生則預后極差。更棘手的是,臨床醫生面臨三大困境:缺乏預測惡變的分子標志物、對神經侵襲特性認識不足、對為何罕見淋巴結轉移的機制不明。這些知識空白嚴重制約著臨床決策的精準性,使得這個本已罕見的疾病更添診治難度。
為破解這些難題,四川大學華西口腔醫院的研究團隊開展了一項創新性研究。他們采用單細胞RNA測序(scRNA-seq)技術,對3例COKC臨床樣本進行高精度解析,并整合公共數據庫中的OKC數據,構建了包含22,509個細胞的轉錄圖譜。相關成果發表在《Computational and Structural Biotechnology Journal》,首次系統揭示了COKC的分子特征和臨床特殊性。
研究采用的核心技術包括:單細胞轉錄組測序(10x Genomics平臺)、Harmony算法批次校正、CytoTRACE干細胞特性分析、inferCNV拷貝數變異檢測、CellChat細胞互作網絡分析,以及76例口腔鱗癌組織芯片驗證。臨床數據來源于該院2014-2024年間13例COKC和277例OKC患者的回顧性隊列。
3.1 COKC微環境的單細胞圖譜
通過UMAP降維分析,研究團隊成功鑒定出10種主要細胞類型。與OKC相比,COKC表現出顯著的細胞組成差異:上皮細胞中KRT14+基底細胞占比最高,且特異性存在Basal-C0-EXT1和Basal-C3-HIST1H3B兩個亞群。細胞互作分析發現,18條信號通路(如MIF、VISFATIN)在COKC中異;钴S,其中成纖維細胞-基底細胞的相互作用尤為突出。
3.2 腫瘤細胞的轉錄異質性
上皮細胞重聚類揭示COKC特有的惡性演化軌跡:C0亞群(高表達EXT1)顯示最強侵襲性,C3亞群(高表達HIST1H3B)具有最高干細胞特性(CytoTRACE評分0.82)。代謝分析顯示C1亞群呈現獨特的脂肪酸代謝亢進,而C2亞群(SBSN+)可能是角質形成細胞前體。
3.3 拷貝數變異與轉錄調控
CNV分析顯示COKC上皮細胞存在Chr3p增益等共同變異。轉錄因子網絡揭示E2F7在C3亞群特異性激活,驅動細胞周期相關基因表達。生存分析證實,C3特征基因與頭頸鱗癌(TCGA-HNSC)患者不良預后顯著相關。
3.5 成纖維細胞表型轉換
4,205個成纖維細胞被分為三型:炎癥相關成纖維細胞(IFBs-ID2)、肌成纖維細胞1型(MFBs-1-APOD)和2型(MFBs-2-MALAT1)。COKC中發生明顯的IFB向MFB轉化,伴隨S100A蛋白家族上調和ETS1/2轉錄因子激活。蛋白互作網絡顯示MFBs-2通過MAPK/PI3K通路促進腫瘤侵襲。
3.7 顯著神經侵襲特性
臨床數據分析發現84.6%的COKC患者出現病灶區疼痛,顯著高于OKC組(P<0.001)。影像學和免疫組化證實腫瘤沿神經通道侵襲。單細胞數據揭示NRG1-ERBB4是介導腫瘤-神經交互的關鍵配體-受體對,其中C0亞群NRG1表達量最高。
3.8 低淋巴結轉移潛能
整合6例OSCC單細胞數據比較發現,COKC具有三大特征:更活躍的T細胞浸潤、EMT活性降低(Vimentin下調)、VEGFC表達減少。特別發現微管相關絲氨酸/蘇氨酸激酶4(MAST4)在COKC中高表達,其與OSCC患者較低N分期相關(IHC驗證P<0.05)。
這項研究首次從單細胞層面解析了OKC惡性轉化的分子圖譜,具有三重重要意義:首先,鑒定出Basal-C0-EXT1和Basal-C3-HIST1H3B作為潛在診斷標志物,特別是C3亞群通過E2F通路維持干細胞特性的發現,為靶向治療提供新思路;其次,臨床-分子聯合分析確立了疼痛作為惡變預警信號的價值,并闡明NRG1-ERBB4軸介導的神經侵襲機制,指導手術中神經處理的精準決策;最后,發現MAST4可能通過抑制EMT和淋巴管生成導致低轉移特性,挑戰了傳統頸清術式的必要性。
研究也存在三方面局限:樣本量受疾病罕見性限制、缺乏功能驗證模型、回顧性臨床數據的潛在偏倚。未來需要建立類器官模型深入驗證MAST4機制,并通過多中心研究完善臨床診療規范。這些發現不僅為COKC精準診療奠定基礎,也為理解其他囊性病變惡變提供了范式。
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