文章信息
发表杂志名称：Frontiers in Immunology
中文标题：整合单细胞 RNA 测序和 bulk RNA 测序揭示乳酸化调控的代谢重编程与卵巢癌化疗耐药的关联及潜在分子机制
英文标题：Integration of scRNA-seq and bulk RNA-seq to reveal the association and potential molecular mechanisms of metabolic reprogramming regulated by lactylation and chemotherapy resistance in ovarian cancer
影响因子：5.7
发表日期：2025 年 2 月 28 日
研究概述
卵巢癌死亡率高，化疗耐药是预后不良的主要因素。本研究整合单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）和 bulk RNA 测序数据，探究卵巢癌耐药相关乳酸化机制。通过分析发现 ALDH1A1 和 S100A4 这两个与乳酸化化疗耐药相关的候选基因，肿瘤细胞是耐药研究的主要细胞亚群，耐药亚群中氧化磷酸化和糖酵解活性升高，乳酸积累与化疗耐药有关。该研究为卵巢癌化疗耐药机制提供新理论基础，有助于制定新治疗策略。
研究结果
图 1：卵巢癌中潜在乳酸化相关化疗耐药基因的探索
作者利用 GSE26712 数据集结合乳酸化相关基因（LacRGs），筛选出 44 个差异表达基因（DEGs），其中 33 个上调，11 个下调；通过 KM 生存分析确定了 25 个预后相关 LacRGs。再用 GSE15372 数据结合 LacRGs 分析耐药与非耐药组差异，找到 14 个 DEGs，7 个上调，7 个下调。取交集确定 ALDH1A1 和 S100A4 为潜在乳酸化耐药基因（Lat_Resi 基因）。对这两个基因进行单基因富集分析，S100A4 在氧化磷酸化、糖酵解等多条通路富集；ALDH1A1 与脂肪酸、丙酸等代谢及肿瘤发生通路相关。本图结果表明 ALDH1A1 和 S100A4 是与卵巢癌化疗耐药相关的关键基因，且它们参与多种重要代谢和肿瘤发生通路
图 2：细胞注释和不同细胞类型分布
作者对单细胞数据进行质量控制和批次效应校正后，确定了 21 个细胞簇，注释得到 9 种细胞类型。t-SNE 分析展示了各种细胞类型的分布（图 2A）、耐药与非耐药组细胞的差异（图 2B）以及各细胞类型标记基因的表达分布（图 2C）。进一步分析发现，耐药组和非耐药组中肿瘤细胞比例都较高，但耐药组中纤维细胞、巨噬细胞 / 单核细胞和内皮细胞的比例更高（图 2D）。这些结果表明不同细胞类型在耐药与非耐药组中的分布存在差异，肿瘤细胞在两组中均占比较大
图 3：肿瘤细胞中耐药亚群的鉴定及功能特征
作者将肿瘤细胞分为 6 个簇（图 3A），展示了各亚簇中标记基因的表达水平（图 3B）和细胞在耐药与非耐药组中的比例（图 3C），确定了耐药和非耐药亚群。分析化疗药物在各肿瘤细胞中的 IC50 值，发现耐药亚群中顺铂的 IC50 值显著高于非耐药亚群（图 3D）。利用 GSE26712 数据和耐药亚群标记基因计算得分并分类，绘制的 Kaplan-Meier 生存曲线表明耐药亚群与肿瘤不良预后相关（图 3E）。对不同肿瘤亚群进行 GO 和 KEGG 富集分析，发现多个与肿瘤相关的通路被富集；对耐药与非耐药亚群差异表达基因（DEGs）进行富集分析，也得到了多个与肿瘤相关的通路（图 3F、G）。该图说明成功鉴定出肿瘤细胞中的耐药亚群，且耐药亚群与不良预后相关，同时明确了耐药亚群相关的功能通路
图 4：耐药亚群中乳酸化介导耐药的机制解析
作者分析各肿瘤细胞亚群中 ALDH1A1 和 S100A4 的表达水平，发现化疗耐药肿瘤细胞亚群中这两个基因的表达升高（图 4A），且其表达模式与整体转录组数据一致（图 4B、C）。计算各肿瘤细胞的代谢和免疫通路富集分数，发现耐药亚群中氧化磷酸化和 TNFA 信号通路等富集程度更高（图 4C、D）。这些结果表明 ALDH1A1 和 S100A4 在耐药亚群中高表达，且耐药亚群的代谢和免疫通路存在差异
图 5：ALDH1A1、S100A4 与耐药亚群中增强的免疫和代谢通路的关系
作者通过相关性分析，发现 ALDH1A1 与有丝分裂纺锤体、Myc 靶标 V2 等免疫和代谢通路显著相关，还与组氨酸代谢、磷酸戊糖途径相关；S100A4 与血管生成、甘露糖型 O - 聚糖生物合成等通路显著相关，同时与氮代谢、核黄素代谢以及牛磺酸和亚牛磺酸代谢有关。该图揭示了 ALDH1A1 和 S100A4 与耐药亚群中多种免疫和代谢通路存在密切关联
图 6：耐药和非耐药亚群中与乳酸化相关的代谢异常
作者用 ScMetabolism 量化肿瘤细胞亚群的代谢通路得分，发现耐药亚群中糖酵解 / 糖异生、柠檬酸循环等代谢通路得分更高，而非耐药亚群中脂肪酸生物合成和鞘脂代谢等通路得分更高（图 6A）。对代谢通路水平与顺铂 IC50 值进行相关性分析，发现多种代谢通路与 IC50 值呈负相关（图 6B、C）。scFEA 分析显示耐药亚群产物中乳酸富集更高（图 6D）。对耐药亚群标记基因与 ALDH1A1 和 S100A4 进行相关性分析，并展示了前 5 个显著正相关基因（图 6E），还构建了耐药亚群标记基因的蛋白质 - 蛋白质相互作用网络（图 6F）。这些结果表明耐药和非耐药亚群存在代谢差异，乳酸化相关代谢异常与化疗耐药有关，且耐药亚群标记基因与 ALDH1A1 和 S100A4 存在关联
图 7：S100A4 和 ALDH1A1 在化疗耐药卵巢癌组织中表达升高
作者通过免疫组化（IHC）检测化疗耐药和敏感的卵巢癌组织中 S100A4 和 ALDH1A1 的表达水平，发现耐药组织中这两个基因的表达显著高于敏感组织（图 7A、B、D、E）。S100A4 评分在临床晚期更高，而 ALDH1A1 评分未发现类似关联。 Kaplan-Meier 曲线显示，S100A4 和 ALDH1A1 评分高的卵巢癌患者总生存期更短，且 S100A4 的趋势更明显（图 7C、F）。该图表明 S100A4 和 ALDH1A1 的高表达与卵巢癌化疗耐药及不良预后相关
图 8：卵巢癌细胞中 S100A4 和乳酸化的表达水平
作者利用Gepia在线数据库分析发现卵巢癌组织与正常组织中 ALDH1A1 和 S100A4 的表达存在显著差异（图 8A）。通过 MTT 实验评估不同浓度顺铂（DDP）下细胞活力，确定耐药细胞 OV-90/DDP 的 DDP IC50 值高于敏感细胞 OV-90（图 8B）。免疫荧光法分析显示耐药细胞中 Pan-Kla 信号更强（图 8C），免疫共聚焦显微镜表明耐药细胞中 S100A4 蛋白和 Pan-Kla 信号存在共定位（图 8D）。Western blot 分析也表明耐药细胞中 Pan-Kla 和 S100A4 的表达显著增加（图 8E）。这些结果进一步验证了 S100A4 和乳酸化在卵巢癌顺铂耐药中的作用
研究总结
本文通过整合单细胞 RNA 测序和 bulk RNA 测序技术，对卵巢癌化疗耐药机制展开研究。首先筛选出 ALDH1A1 和 S100A4 两个与乳酸化化疗耐药相关的候选基因，明确肿瘤细胞是耐药研究的关键细胞亚群。接着发现耐药亚群中氧化磷酸化和糖酵解活性增强，乳酸积累与化疗耐药紧密相关。随后通过多种实验，从组织和细胞水平证实了 ALDH1A1 和 S100A4 在耐药组织和细胞中高表达，且 S100A4 与乳酸化存在共定位。这些结果揭示了乳酸化在卵巢癌化疗耐药中的重要作用，为深入理解卵巢癌化疗耐药机制提供了新视角，也为开发新的治疗策略奠定了理论基础。
