COL8A1蛋白分子通过PI3K/AKT信号通路驱动卵巢癌中的上皮-间质转化。这一过程利用了电化学传感器技术以及全面的分子亚型分析方法来进行研究

时间：2026年3月8日

来源：Microchemical Journal

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卵巢癌早期检测技术及COL8A1促转移机制研究。基于多组学分析筛选出COL8A1作为关键EMT驱动基因，证实其通过SERPINH1-PI3K/AKT通路调控上皮间质转化，临床数据显示其高表达与晚期诊断、淋巴结转移及预后不良显著相关。电化学传感器技术可突破传统检测局限，实现COL8A1等低丰度标志物的实时监测。

朱博艺|徐艾彤|韩涛|陈琪琪|郑安福|陈杰

哈尔滨医科大学癌症医院妇科肿瘤科，中国哈尔滨150081

摘要

卵巢癌是一种重要的肿瘤学挑战，因其生物学复杂性以及缺乏可靠的早期检测方法。肿瘤内部和之间的极端异质性涉及遗传、表观遗传和微环境因素，导致临床行为难以预测、治疗效果差和复发率高。传统的诊断方法无法实现早期检测；缺乏普遍适用的筛查手段导致诊断时已处于晚期，预后较差。迫切需要具有高灵敏度、可量化和临床适用性的下一代诊断技术，以实现早期干预、优化患者分层、监测治疗并提高生存率。电化学传感器在卵巢癌肿瘤标志物检测方面显示出巨大潜力，能够将生化结合转化为可测量的电信号。它们对极低水平的生物标志物具有超高灵敏度，所需样本量少，检测速度快，并且具有微型化潜力，适用于便携式和可穿戴设备，从而实现实验室外的实时监测。先进的纳米材料增强了电子转移和信号质量；创新的生物识别元件提高了对多种卵巢癌生物标志物（包括CA-125、HE4、核酸和外泌体）的特异性。特别是对于像COL8A1这样的低丰度分泌蛋白，传统的免疫学方法受到检测限和通量限制。然而，基于纳米材料修饰电极、特定识别元件（如抗体或适配体）和信号放大策略的电化学传感平台可以实现精确量化，并且能够适应复杂的生物基质（如血清和腹水），为动态监测卵巢癌相关标志物提供了可行的途径。本研究整合了公共数据库（TCGA、GEO）中的转录组数据，并结合生物信息学分析，筛选出与卵巢癌预后显著相关的EMT相关基因COL8A1，并通过多个队列验证进一步确认了其表达特征及其与临床病理参数的关联。功能富集和通路分析表明COL8A1是卵巢癌中的一个关键致癌因子，作为上游调节因子通过分子级联反应诱导EMT。COL8A1调节SERPINH1以激活PI3K/AKT通路，形成COL8A1-SERPINH1-PI3K/AKT轴，驱动EMT并增强卵巢癌细胞的转移能力。临床数据显示，与正常或良性对照组相比，卵巢癌组织中COL8A1的表达显著升高，这种上调具有重要的临床意义。COL8A1水平升高与FIGO分期较晚、淋巴结转移、生存期缩短和无进展生存期缩短相关，证实COL8A1是一个有前景的卵巢癌预后生物标志物和治疗靶点。分子研究表明，COL8A1主要通过SERPINH1介导的PI3K/AKT激活促进卵巢癌的恶性进展。COL8A1增强SERPINH1功能，触发PI3K/AKT磷酸化；该通路的过度激活抑制上皮标志物并上调间充质标志物，完成EMT过程。

引言

卵巢癌（OC）是全球最致命的妇科恶性肿瘤，尽管手术和化疗有所进展，但其总体预后仍然较差。五年生存率徘徊在30%至45%之间，反映了肿瘤的侵袭性、快速扩散以及复发性疾病管理的挑战。早期卵巢癌通常无症状，进展隐匿，出现的症状常被误诊为良性的胃肠道或泌尿系统问题，导致诊断延误。超过70%的患者在FIGO III期和IV期才被诊断出来，此时癌症已经转移到卵巢以外，使得根治性切除变得困难，治疗效果也仅是暂时的。缺乏全民筛查和诊断延迟导致晚期发现和高死亡率，因此迫切需要新的生物标志物和早期检测策略，以实现更早、更有效的卵巢癌治疗[4]。尽管在细胞减灭手术、精准化疗和靶向治疗（包括PARP抑制剂如奥拉帕利和尼拉帕利以及抗血管生成剂如贝伐单抗）方面取得了显著进展，同时免疫疗法也开始应用，但复发、远处转移和普遍的化疗耐药性仍阻碍了临床结果的显著改善[5]、[6]、[7]、[8]、[9]。卵巢癌的侵袭和转移涉及复杂的分子和细胞相互作用，包括基因突变、表观遗传变化、肿瘤微环境改变和癌症-基质相互作用。上皮-间充质转化（EMT）是一种可逆的表型转变，上皮细胞失去极性和黏附性，获得间充质细胞的运动能力，是卵巢癌侵袭性和恶性进展的核心驱动因素。在卵巢癌的发病机制中，EMT通过赋予肿瘤细胞致命的生物学能力重塑疾病进程。它通过下调上皮标志物（如E-钙黏蛋白）和上调间充质标志物（如N-钙黏蛋白、波形蛋白）以及MMP介导的细胞外基质降解，显著增强细胞迁移和侵袭能力。这使得卵巢癌细胞能够从原发肿瘤脱离，侵入组织，通过腹腔扩散并形成远处转移，这是晚期卵巢癌的典型特征。EMT还驱动卵巢癌细胞具有类似癌干细胞的特性，包括自我更新、增强的致瘤性和低剂量的肿瘤形成能力，从而维持肿瘤生长和治疗后复发。临床研究表明，卵巢癌组织中COL8A1的表达显著高于正常或良性对照组，这种上调具有重要的临床意义。COL8A1水平升高与FIGO分期较晚、淋巴结转移、生存期缩短和无进展生存期缩短正相关，证实COL8A1是一个有前景的预后生物标志物和潜在的治疗靶点。分子研究表明，COL8A1主要通过SERPINH1介导的PI3K/AKT激活促进卵巢癌的恶性进展。COL8A1增强SERPINH1功能，触发PI3K/AKT磷酸化；该通路的过度激活抑制上皮标志物并上调间充质标志物，完成EMT过程。

介绍

卵巢癌（OC）是全球最致命的妇科恶性肿瘤，尽管手术和化疗有所进展，但其总体预后仍然较差。五年生存率停滞在30%至45%之间，反映了肿瘤的侵袭性、快速扩散以及复发性疾病管理的挑战。早期卵巢癌无症状且进展隐匿，出现的模糊症状常被误诊为良性的胃肠道或泌尿系统问题，导致诊断延误。超过70%的患者在FIGO III期和IV期才被诊断出来，此时癌症已经转移到卵巢以外，使得根治性切除变得困难，治疗效果也仅是暂时的。缺乏全民筛查和诊断延迟导致晚期发现和高死亡率，因此迫切需要新的生物标志物和早期检测策略，以实现更早、更有效的卵巢癌治疗[4]。尽管在细胞减灭手术、精准化疗和靶向治疗（包括PARP抑制剂如奥拉帕利和尼拉帕利以及抗血管生成剂如贝伐单抗）以及免疫疗法的应用方面取得了显著进展，但复发、远处转移和普遍的化疗耐药性仍阻碍了临床结果的显著改善[5]、[6]、[7]、[8]、[9]。卵巢癌的侵袭和转移涉及复杂的分子和细胞相互作用，包括基因突变、表观遗传变化、肿瘤微环境改变和癌症-基质相互作用。上皮-间充质转化（EMT）是一种可逆的表型转变，上皮细胞失去极性和黏附性，获得间充质细胞的运动能力，是卵巢癌侵袭性和恶性进展的核心驱动因素。在卵巢癌的发病机制中，EMT通过赋予肿瘤细胞致命的生物学能力重塑疾病进程。它通过下调上皮标志物（如E-钙黏蛋白）和上调间充质标志物（如N-钙黏蛋白、波形蛋白）以及MMP介导的细胞外基质降解，显著增强细胞迁移和侵袭能力。这使得卵巢癌细胞能够从原发肿瘤脱离，侵入组织，通过腹腔扩散并形成远处转移，这是晚期卵巢癌的典型特征。EMT还驱动卵巢癌细胞具有类似癌干细胞的特性，包括自我更新、增强的致瘤性和低剂量的肿瘤形成能力，从而维持肿瘤生长和治疗后复发。临床上，EMT通过上调药物外排泵、激活生存通路（如PI3K/AKT、NF-κB）和免疫逃逸，使卵巢癌细胞对标准的铂类和紫杉烷类化疗产生强大的耐药性。作为卵巢癌转移、复发和治疗失败的核心介质，EMT是研究卵巢癌生物学和开发新型治疗策略的关键靶点[11]、[12]。许多研究表明，表现出高EMT活性的肿瘤与较差的预后、更大的肿瘤负担和更高的化疗耐药风险相关[13]、[14]。最近的单细胞测序分析进一步显示，在晚期卵巢癌亚群中EMT相关基因程序显著富集[15]、[16]、[17]。然而，调控EMT的上游调控网络尚未完全了解，这突显了识别其关键驱动因素和阐明其机制作用的必要性。

在这项研究中，我们应用机器学习方法系统地筛选了TCGA和GEO队列中的EMT相关基因，通过这些研究确定了COL8A1作为一个关键候选基因。COL8A1编码VIII型胶原蛋白的α1链，是一种日益被认可的细胞外基质成分，能够调节细胞黏附、基质力学和多种促肿瘤信号通路[18]、[19]、[20]。新兴证据表明，COL8A1可能通过与关键信号调节因子的相互作用来增强各种类型的癌症中的EMT。然而，其在卵巢癌中的致癌作用尚未得到系统研究。尽管初步研究表明COL8A1可能参与EMT并促进肿瘤侵袭性，但其驱动上皮-间充质转化和增强卵巢癌恶性表型的核心机制尚未充分明确[21]。此外，COL8A1是否作为关键的EMT调控节点以及是否代表卵巢癌的潜在治疗靶点，仍需进一步研究。

对于与上皮-间充质转化（EMT）相关的低丰度分泌分子（如COL8A1），传统的免疫组化或ELISA方法受到样本量、通量和检测限的限制。然而，基于纳米材料修饰电极、适配体识别元件或酶联放大策略的电化学传感器可以在皮摩尔甚至飞摩尔水平实现定量检测。与微流控芯片结合的电化学传感系统可以同时分析多种EMT驱动因素，为卵巢癌的分子亚型分类模型的构建提供高维数据支持。因此，在探索COL8A1等关键调控蛋白的临床意义时，引入电化学传感平台不仅有助于提高生物标志物检测的准确性，还为制定后续的个性化治疗策略提供了可靠的技术支持。本研究通过体外和体内实验研究了机器学习识别的卵巢癌致癌候选基因COL8A1。体外实验中，COL8A1在卵巢癌细胞系中的过表达通过下调上皮标志物和上调间充质标志物强烈促进了EMT，同时增强了细胞增殖、迁移和侵袭能力；体内异种移植模型证实，COL8A1高表达的肿瘤比对照组生长更快，肿瘤负担更重，远处转移更多。一项关键的研究突破是发现了COL8A1与SERPINH1之间的新功能相互作用。共免疫沉淀、邻近连接实验和结构建模验证了它们的物理关联，机制分析显示COL8A1通过促进PI3K和AKT磷酸化来激活PI3K/AKT轴，维持抗凋亡，增强代谢活性和间充质侵袭表型。

数据收集和预处理

收集了978份卵巢癌（OC）标本，包括临床和生存信息，并将其分为五个独立的队列：TCGA-OV、GSE49997、GSE26193、GSE26712和GSE17260。TCGA-OV RNA-seq数据集从UCSC Xena平台获取（https://xena.ucsc.edu/），GEO队列数据来自基因表达组学数据库（GEO）（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/）。随后进行了数据

单细胞转录组分析揭示上皮-间充质转化是卵巢癌进展的关键驱动因素

经过严格的质量控制和批次效应校正后，共纳入了45,427个高质量的单细胞，这些细胞来自两名卵巢癌患者的两个肿瘤样本。根据典型标记基因，这些细胞被分类为七种主要细胞类型，包括HGSOC上皮细胞、T/NK细胞、浆细胞、髓系细胞、成纤维细胞和内皮细胞（图1A）。与早期患者相比，晚期卵巢癌的肿瘤微环境发生了显著的重塑，