前列腺癌遗传祖先一致RNA剪接涉及致癌基因并与复发相关

【字体: 时间:2025年01月31日 来源:npj Precision Oncology 6.8

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种族遗传相关 RNA 剪接研究:解锁前列腺癌精准诊疗新密码


在前列腺癌的研究领域,美国杜克大学医学院杜克癌症研究所前列腺与泌尿系统癌症中心的 Muthana Al Abo 等研究人员取得了一项重要进展。他们的研究成果《Genetic ancestry concordant RNA splicing in prostate cancer involves oncogenic genes and associates with recurrence》发表于npj Precision Oncology期刊。该研究深入剖析了前列腺癌中与遗传血统相关的 RNA 剪接机制,为理解前列腺癌的种族差异、开发精准治疗方案提供了关键线索,对推动前列腺癌精准肿瘤学的发展具有重要意义。


一、研究背景


前列腺癌(PCa)是男性常见的恶性肿瘤,不同种族和民族的男性在 PCa 的发病率、死亡率和疾病进展方面存在显著差异。在美国,黑人男性 PCa 的年龄调整死亡率比其他种族和民族的男性高出 2 倍或更多。这种差异是由多种因素造成的,包括社会结构、经济地位、医疗资源可及性以及个体遗传因素等。其中,个体遗传血统相关的健康驱动因素,如单核苷酸变异、表观遗传学、非编码 RNA 和 RNA 剪接变异等,可能在 PCa 的种族差异中发挥重要作用。


RNA 剪接是基因表达过程中的关键步骤,它通过产生不同的蛋白质异构体,使细胞能够多样化基因功能。RNA 剪接异常与癌症的发生、发展密切相关,并且在癌症的种族差异中也扮演着重要角色。此前已有研究对黑人和白人患者癌症中的 RNA 剪接和转录事件进行了比较分析,发现了一些与种族和遗传血统相关的事件,但这些研究存在样本量小、技术手段有限等不足。因此,进一步深入研究 PCa 中与遗传血统相关的 RNA 剪接事件,对于揭示 PCa 种族差异的分子机制、开发新的生物标志物和治疗靶点具有重要意义。


二、研究材料与方法


(一)研究对象


研究人员开展了 GENomics of CAncer DisparitiEs(GENCADE)队列研究,招募了计划进行根治性前列腺切除术或活检且被诊断为 PCa 的患者。入组标准包括疑似 PCa 恶性肿瘤、自我报告为黑人或白人、有额外组织可用于研究、年龄≥18 岁且能签署知情同意书等;排除标准为肿瘤组织不足以进行 DNA 和 RNA 分析或非前列腺腺癌、曾接受过全身治疗等。最终纳入 39 名自我报告为黑人的 PCa 患者和 39 名自我报告为白人的 PCa 患者,收集了他们的临床资料,包括年龄、BMI、合并症、治疗情况和血清 PSA 水平等,并对患者进行随访,记录 PSA 水平和转移情况。


(二)实验技术路线


  1. RNA 提取与测序:从前列腺肿瘤和配对的肿瘤相邻正常组织(TAN)中提取总 RNA,评估 RNA 的产量、纯度和完整性后,构建 cDNA 文库并进行 RNA 测序,以获取转录组数据。

  2. RNA 剪接和基因表达分析:运用 FastQC 和 Trim Galore 软件处理 RNA 测序产生的原始数据,去除低质量和含接头的 reads 。利用 SpliceSeq 分析 RNA 剪接,计算每个样本中注释的 ARSs 的 Percent Spliced In(PSI)值,通过 Wilcoxon 符号秩检验比较不同组间 ARSs 水平;采用 STAR 和 HTSeq 对基因表达进行分析,使用 edgeR 进行差异基因表达分析,并通过 Benjamini - Hochberg 方法调整 P 值。

  3. 遗传血统估计:采集患者全血标本,纯化基因组 DNA,借助 Illumina Infinium Multi - Ethnic Global - 8 BeadChip 进行基因分型。运用 PLINK 软件进行质量控制和过滤,通过 ADMIXTURE 软件估计患者的遗传血统。

  4. 其他分析:运用 REPAC R 软件包分析替代多聚腺苷酸化事件;采用基因集富集分析(GSEA)探究基因功能富集情况;运用生存分析相关 R 包,通过 Cox 回归模型等分析生化复发(BCR)与 ARSs 的关联。


三、研究结果


(一)黑人 PCa 患者 BCR 风险更高


对 72 名接受根治性前列腺切除术的患者进行分析,依据手术病理 Gleason 评分将患者分为高级别肿瘤组和低级别肿瘤组。研究发现,高级别 PCa 的黑人患者相比白人患者,BCR 风险显著增加;在中位 58 个月的随访期内,虽黑人与白人患者的转移概率无显著差异,但黑人患者在 RP 时年龄更年轻,BMI 均值处于肥胖范围,而白人患者处于超重范围,且两组患者的基线 PSA 水平无显著差异。同时,患者遗传血统估计结果与自我报告的种族相符。


(二)ARSs 在黑人和白人患者肿瘤及 TANs 中的差异


对比黑人与白人患者肿瘤和 TANs 中的 ARSs,发现高级别或低级别 PCa 的黑人患者中,肿瘤与 TANs 间的 ARSs 数量分别为 926 和 1835;白人患者中,相应数量为 2524 和 2382。高级别肿瘤与 TANs 对比时,黑人患者有 535 个独特 ARSs,白人患者有 2128 个,两者重叠部分仅 387 个;低级别肿瘤与 TANs 对比时,黑人患者有 666 个独特 ARSs,白人患者有 1210 个,重叠部分为 1162 个。在各类 ARSs 类型中,外显子跳跃(ES)占比最大,不同组间各类 ARSs 比例相似,且新 ARSs 占比为 5 - 7%。此外,还分析了基因表达差异(DE)和替代多聚腺苷酸化(APA),发现多数 DE 在肿瘤中下调,且黑人和白人患者间重叠较多;仅少数基因在发生 DE 或 ARSs 的同时发生 D - APAs。


(三)ARSs 相关基因富集于癌症相关通路


对黑人和白人患者肿瘤与 TANs 中发生 ARSs 或 DE 的基因进行 GSEA,结果显示,高级别 PCa 患者中,发生 ARSs 的基因富集于 PI3K - AKT - MTOR 信号通路、G2M 检查点、IL6 - JAK - STAT3 信号通路等;低级别 PCa 患者中,相关基因也富集于多种癌症相关通路。同时,DE 相关基因也在多种癌症相关通路中富集,且重叠基因和独特基因所富集的通路存在差异。


(四)癌症促进基因发生 ARSs


比较黑人和白人 PCa 患者肿瘤和 TANs 中的 ARSs,发现高级别肿瘤中有 405 个 ARSs,低级别肿瘤中有 253 个,TANs 中与高级别和低级别肿瘤相关的 ARSs 数量分别为 459 和 341。ARSs 中 ES 类型占主导(54 - 69%),与肿瘤和 TANs 间 ARSs 的类型比例不同。通过在分子特征数据库中搜索,发现许多参与遗传血统一致性 ARSs 的基因与癌症相关,如 FGFR2、FGFR3 等,部分基因在 PCa 中的作用此前未被深入研究。与之前研究相比,本研究虽在样本和方法上存在差异,但仍验证了部分遗传血统一致性 ARSs 和相关基因。


(五)多数遗传血统一致性 ARSs 基因无差异表达或 APA


研究发现,高级别和低级别肿瘤中,遗传血统一致性 DE 的数量分别为 301 和 83,TANs 中分别为 268 和 174。与肿瘤和 TANs 间 ARSs 和 DEs 不同,肿瘤或 TANs 中发生 ARSs 的基因大多不发生 DEs,且仅有极少数基因在发生遗传血统一致性 ARSs 或 DEs 的同时发生遗传血统一致性 APAs。此外,对发生遗传血统一致性 ARSs 和 DEs 的基因进行 GSEA,发现它们富集于不同的癌症相关通路。


(六)遗传血统一致性 ARSs 与 BCR 相关


分析遗传血统一致性 ARSs 与 BCR 的关联,发现高级别肿瘤中的 MLF1 基因的外显子 4.1:4.2 | 2 ME 事件和 CHL1 基因的外显子 1 AP 事件等与 BCR 相关;低级别肿瘤中的 ZBTB17 基因的外显子 3 和 4 ME 事件与 BCR 相关。TANs 中也有多个 ARSs 与 BCR 相关,且多数与 BCR 相关的 ARSs 在黑人患者中表现出的 PSI 变化预示着预后不良。


四、研究结论与讨论


本研究通过对黑人和白人 PCa 患者的转录组分析,确定了与遗传血统相关的 RNA 剪接事件(ARSs),这些 ARSs 涉及致癌基因,且与 PCa 的生化复发(BCR)相关。研究表明,分析 ARSs 可揭示 PCa 中重要的信号通路,这是仅通过差异表达分析无法发现的。研究还发现,TANs 中的 ARSs 可能对 PCa 的发生发展有影响,这为理解 PCa 的生物学机制提供了新视角。


尽管研究存在样本量较小、随访时间有限等局限性,但仍具有重要意义。首先,研究验证了先前研究中的部分遗传血统一致性 ARSs 和相关基因,为后续研究提供了可靠的基础。其次,研究结果表明,PCa 的诊断和预后评估可纳入 ARSs,尤其是遗传血统一致性 ARSs,有望开发基于 ARSs 的治疗方法,如使用剪接转换寡核苷酸或小分子靶向特定的蛋白质异构体。此外,深入研究遗传血统一致性 ARSs 与治疗反应的关系,有助于优化治疗方案,改善 PCa 患者的预后,减少 PCa 的种族差异。


未来,需要进一步扩大样本量、延长随访时间,深入研究 ARSs 影响 PCa 细胞生物学和 BCR 的具体机制,以及遗传血统一致性 ARSs 与其他健康驱动因素的相互作用。同时,应加强黑人患者在转化和临床 PCa 研究中的代表性,以更好地理解 PCa 种族差异的全貌,推动 PCa 精准肿瘤学的发展,为患者提供更有效的治疗策略 。


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