I 期非小细胞肺癌（NSCLC）占肺癌的 85%，手术是其主要治疗手段，但其术后 2 年复发率高达 20%-40%，复发后 5 年生存率仅 15%-16.6%。尽管已知基因组不稳定性（如 TP53 突变）、DNA 甲基化异常和免疫微环境失衡与复发相关，但单一组学研究难以全面解析其复杂机制。本研究针对NSCLC 患者，首次整合基因组、表观基因组、转录组及单细胞测序，系统揭示复发的多维度分子特征，为复发风险分层和精准治疗提供新依据。
文章主题：多组学分析揭示了I期非小细胞肺癌复发的生物学和临床意义
组学技术：基因组、DNA甲基化、转录组及单细胞测序
研究团队：四川大学华西医院呼吸与危重症医学科李为民教授、王成弟研究员及呼吸健康研究所张立研究员团队
研究思路
主要研究结果
对108例NSCLC患者（含47例FF组织和61例FFPE组织）的分析显示，复发患者的原发性肿瘤具有独特基因组特征：TP53（47%）、EGFR（30%）等癌基因和抑癌基因突变普遍，高分级组织学亚型（实性/微乳头状）复发率最高且TP53突变率显著更高（75%）；突变特征方面，APOBEC相关特征（Sig1）和DNA错配修复缺陷（dMMR，Sig2）在复发组富集；虽复发组与非复发组的肿瘤突变负荷（TMB）和拷贝数变异（CNV）负荷无差异，但LUAD复发组同源重组缺陷（HRD）评分显著更高；克隆结构分析表明，LUAD复发组中TP53突变多位于主要克隆，且存在PTEN缺失、EGFR扩增等结构变异，驱动基因表达改变并促进复发。
对 NSCLC 患者的 DNA 甲基化分析显示，复发组（Rec）整体呈现显著低甲基化状态，LUAD 和 LUSC 分别鉴定出 11,412 个和 28,671 个差异甲基化区域（DMRs），主要分布于内含子和远端基因间区。通路富集表明，LUAD 复发组低甲基化基因与 EMT 通路相关，LUSC 则与炎症反应相关。关键基因 PRAME 在 LUAD 复发组中显著低甲基化且高表达，其启动子区 TEAD1 结合位点的低甲基化与 PRAME 转录激活相关，皮尔逊相关系数显示甲基化水平与 PRAME 表达呈负相关（R=-0.54, P=0.0031），且 TEAD1 表达与 PRAME 呈正相关（R=0.48, P=0.0099）。此外，复发组中低甲基化且上调的基因在 LUAD 和 LUSC 中分别有 6 个和 8 个，涉及肿瘤增殖和转移相关通路。
对 I 期 NSCLC 术后复发的转录组分析显示，LUAD 和 LUSC 复发组分别鉴定出 85 个和 206 个差异表达基因（DEGs）。LUAD 复发组中 PRAME、DRAIC、DUXAP8 显著上调，LUSC 复发组中 COL22A1、TIMD4、PLA2G2D 表达升高，这些基因与预后不良相关。基因集富集分析（GSEA）表明，复发组显著激活上皮 - 间质转化（EMT）、血管生成、细胞外基质重塑及 Rap1 信号通路，提示肿瘤侵袭和转移能力增强。免疫微环境分析显示，复发组 CD8+ T 细胞耗竭状态（LAG3、TIGIT 等标记物高表达）和 naive T 细胞比例升高，促炎型巨噬细胞（Macro_SPP1）富集，整体呈现免疫抑制特征，单细胞测序进一步验证 AT2 细胞与免疫细胞间互作减少
在 I 期肺腺癌（LUAD）中，PRAME 被证实为术后复发的关键基因。多组学分析显示，PRAME 在复发组中显著低甲基化且高表达，其甲基化水平与表达量呈负相关（R=-0.54，P=0.0031），且与转录因子 TEAD1 结合位点低甲基化相关，TEAD1 表达与 PRAME 呈正相关（R=0.48，P=0.0099）。功能实验表明，PRAME 过表达可增强 LUAD 细胞的迁移能力，上调 EMT 相关基因（如 ACTA2、MMP2）及增殖通路（mTOR、Rap1）；敲除 PRAME 则抑制细胞迁移和 EMT，并减少小鼠肺转移灶数量。通路富集显示，PRAME 高表达组显著激活 EMT、MYC 靶点及血管生成等恶性相关通路，且与患者无复发生存期（RFS）缩短密切相关（P=0.0065）。这些结果表明 PRAME 通过表观遗传调控和促进肿瘤侵袭转移，在 LUAD 复发中起核心作用，有望成为预测复发及治疗的新靶点。
单细胞转录组分析显示，I 期 LUAD 复发组中肺泡 Ⅱ 型（AT2）细胞比例显著高于非复发组，其中 AT2-like 2 亚群表现出高拷贝数变异（CNV）负荷和恶性特征，富集上皮 - 间质转化（EMT）、血管生成及 Rap1 信号通路基因，提示其恶性程度更高。非复发组中肺泡 Ⅰ 型（AT1）细胞和 CD8+ T 细胞比例更高，且 AT2 细胞与免疫细胞间互作减少。复发组 AT2 细胞的干性基因（如 SOX2、KLF4）表达上调，表面标志物（如 SFTPC）表达下调，呈现 “去分化” 趋势，其与耗竭型 CD8+ T 细胞的互作增强，进一步营造免疫抑制微环境，促进肿瘤复发。
对 LUAD 复发微环境中免疫细胞的转录组分析显示，复发组 CD8+ T 细胞呈现显著耗竭特征，LAG3、TIGIT 等抑制性受体表达上调，且 naive T 细胞比例增加，效应功能受损。促炎型巨噬细胞（Macro_SPP1）在复发组富集，其高表达 SPP1、MMP9 等促转移因子，并通过 CCL2-CCR2 轴招募更多免疫抑制性细胞。单细胞互作分析表明，复发组 AT2 细胞与 CD8+ T 细胞间共刺激信号（如 CD86-CD28）减弱，而与巨噬细胞的配体 - 受体互作（如 VEGFA-VEGFR2）增强，协同营造免疫抑制微环境。此外，复发组中调节性 T 细胞（Treg）相关通路（FOXP3、CTLA4）活性升高，进一步抑制抗肿瘤免疫应答，共同推动肿瘤复发。
多组学整合分析（基因组、甲基化组、转录组及单细胞测序）揭示了 NSCLC 术后复发的多维分子特征：基因组层面，复发组 TP53 突变率高（47%）、HRD 评分显著升高，且驱动基因（如 EGFR 扩增、PTEN 缺失）多位于主要克隆；甲基化层面，复发组整体低甲基化，PRAME 启动子区 TEAD1 结合位点低甲基化与其高表达相关（R=-0.54, P=0.0031）；转录组显示复发组激活 EMT、血管生成等通路，CD8+ T 细胞耗竭且促炎型巨噬细胞（Macro_SPP1）富集；单细胞水平发现复发组 AT2 细胞呈现恶性去分化特征，与免疫细胞互作异常。基于上述特征构建的风险预测模型可有效分层 I 期 LUAD 患者复发风险（P=0.0065），并提示 PRAME 靶向治疗、免疫检查点阻断联合 EMT 抑制剂可能为潜在精准治疗策略。
研究结论
文章通过多组学整合分析（基因组、甲基化组、转录组及单细胞测序）揭示了非小细胞肺癌（NSCLC）术后复发的分子机制：复发组呈现整体低甲基化、TP53 高突变率、HRD 评分升高及 EMT、血管生成通路激活等特征，其中 PRAME 基因在肺腺癌（LUAD）复发中起关键作用，其低甲基化通过 TEAD1 转录因子驱动表达上调，促进肿瘤侵袭转移。免疫微环境方面，复发组 CD8+ T 细胞耗竭、促炎型巨噬细胞（Macro_SPP1）富集，且 AT2 细胞与免疫细胞互作异常，营造免疫抑制微环境。基于多组学特征构建的风险模型可有效分层 I 期 LUAD 复发风险，并提示 PRAME 靶向治疗、免疫检查点阻断联合 EMT 抑制剂的精准治疗策略。
