Adv Sci丨郑捷团队结合单细胞转录组水平孟德尔随机化与基因差异表达分析以筛选癌症的动态免疫治疗靶点

现有癌症免疫药物研发多依赖动物模型或少量临床样本，且批量测序数据难以捕捉细胞异质性。单细胞基因表达数量性状位点（eQTL）数据虽能反映细胞特异性，但存在样本量小、工具变量弱、多效性复杂等挑战。

近日，瑞金医院内分泌代谢病学科郑捷教授团队利用CD4+ T细胞激活过程中的动态基因表达数据，结合孟德尔随机化（MR）和差异基因表达（DEG） 分析，减少多效性偏倚，筛选具有潜在因果效应的癌症免疫药物靶点，在Advanced Science上发表了文章Integrating Single-Cell Transcriptome-Wide Mendelian Randomization and Differentially Expressed Gene Analyses to Prioritize Dynamic Immune-Related Drug Targets for Cancers。

该研究利用119 名欧洲人的 CD4+ T 细胞单细胞测序数据（涵盖 19 种细胞亚型、5 个激活时间点），结合 6 种常见癌症（乳腺癌、肺癌、前列腺癌、卵巢癌、子宫癌和甲状腺癌）的 GWAS 数据，采用 8 种 MR 和共定位方法开展MR分析， 评估 11021 个动态基因表达谱对癌症风险的潜在因果效应，并利用OneK1K、DICE 等 4 个非动态 eQTL 数据集作为验证，完整的分析流程如图1所示。研究者识别出1000 个具有潜在因果效应的基因 - 癌症关联对（含 207 个独特基因），其中 517 个关联得到单细胞 DEG 数据验证。89 个原本存在多效性嫌疑的关联，经 MR-DEG 框架验证后被确认为大概率存在因果关联。作者对具有潜在因果效应的关联对开展细胞类型、激活时间、癌症类型特异性分析和通路富集分析。64 个关联对被发现呈现时间依赖性效应（如 FADS1 在 T 细胞激活后对肺癌的效应显著增强），391 个为非时间依赖性效应。此外，作者在临床试验数据库中搜寻了具有潜在因果效应的关联对涉及的独立基因，发现33个基因是当前临床研究中的药物靶点，其中 LIPA、MAP2K1 等 4 个基因的靶向药物已获批上市，其余基因作为癌症免疫相关药物的候选靶标也具有重要的研究价值。

该研究核心创新点是提出MR-DEG 框架，通过 “MR 因果推断 + DEG 独立验证” 的证据链，有效降低了单细胞 eQTL 数据的多效性问题对研究结果的影响，为小样本单细胞数据的因果推断提供了可复用的技术方案。作者系统比较 8 种 MR 方法在弱工具变量场景下的性能，推荐 MR-Robust 作为最有效的发现方法，加权中位数、加权众数和去偏逆方差加权分析作为验证方法的研究思路，为同类研究提供了方法学参考。研究结果亦有突破性发现，揭示了 CD4+ T 细胞激活过程中基因效应的动态特征：63% 的癌症关联基因仅在T细胞激活后可被识别，其中TEMRA、nTreg 等细胞亚型的关联信号显著富集，填补了 “免疫细胞激活时序与癌症风险” 的研究空白。此外，30% 的基因 - 癌症关联（如 PADI4 与乳腺癌）仅能通过动态单细胞 eQTL 数据识别，无法被批量测序 eQTL 数据捕捉，证明了单细胞动态数据在靶点筛选中的独特价值。作者构建并公开的单细胞 eQTL MR 数据库（https://www.omicsharbour.com/sc-eqtl-mr），包含 1000 个基因 - 癌症关联的完整结果，为后续免疫靶点研究提供了宝贵的开放数据资源。

文中筛选出的 33 个临床相关药物靶点，其中 23 个为抗癌药物靶点，8 个基因（EIF5A、ZNRD1 等）经多维度证据验证（得分≥4），为药物研发提供精准候选对象。当前癌症药物研发失败率超 96%，该项目的研发成果可以加速癌症免疫药物研发，有效降低“从实验室到临床” 的转化失败率。特别是作者揭示了基因效应的细胞类型和时间依赖性（如部分靶点仅在 T 细胞激活特定阶段有效），为设计 “细胞亚型特异性”“时序依赖性” 免疫治疗方案提供依据（如针对激活后 T 细胞的靶向药物给药时机优化），为指导精准免疫治疗提供思路和可行路线。此外，作者聚焦癌症预防靶点而非治疗靶点，为高风险人群的免疫干预提供新思路（如通过调控 CD4+ T 细胞特定基因表达降低癌症发病风险）。其公开的数据库和分析框架也可被科研机构免费使用，推动全球癌症免疫靶点研究协同发展。该研究通过方法学创新解决单细胞数据在因果推断中的关键挑战，不仅为癌症免疫药物研发提供了高价值靶点，更建立了“单细胞动态数据 + 因果推断 + 临床证据”的整合研究范式，兼具方法学指导意义与临床转化价值，对推动精准免疫治疗发展具有重要意义。

图1: 分析流程图

瑞金医院内分泌代谢病学科王卫庆教授、毕宇芳教授、陆洁莉教授、郑捷研究员、中南大学湘雅二医院胡芳教授、英国布里斯托大学医学院Tom R. Gaun教授为论文的共同通讯作者；瑞金医院内分泌代谢病学科郑捷研究员、杨倩助理研究员、柳浩宇硕士研究生、王霜原副研究员、英国布里斯托大学赵卉灵博士为论文的共同第一作者。

原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202507451

制版人：十一

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