多组学孟德尔随机化解析肺腺癌代谢基因的甲基化、表达与蛋白水平

《Hormones & Cancer》：Multiomic Mendelian randomization analysis of metabolic gene methylation expression and protein levels in lung adenocarcinoma

本研究通过多组学孟德尔随机化分析，探讨代谢基因甲基化、表达及蛋白水平与肺腺癌风险的因果关系。研究发现CHRNA3甲基化、FLOT1/HYKK表达及POGLUT3蛋白水平是LUAD风险的关键分子特征，为早期诊断和靶向治疗提供了新线索。

　　

肺癌是全球癌症相关死亡的主要原因之一，其中肺腺癌（LUAD）作为非小细胞肺癌（NSCLC）的主要亚型，因其复杂的病因和晚期诊断率高，治疗面临巨大挑战。尽管靶向治疗和免疫疗法取得进展，但五年生存率仍不理想，迫切需要新的诊断和治疗策略。代谢重编程是癌症发展的标志之一，在肺腺癌中尤为突出，涉及糖酵解、谷氨酰胺分解、脂质代谢和线粒体功能等多方面的改变。这些代谢变化不仅是致癌过程的后果，更被认为是癌症发展的主动参与者，可能作为早期检测、预后判断和治疗靶点的潜在生物标志物。

为了深入揭示肺腺癌与代谢之间的复杂联系，Wang等人利用孟德尔随机化（MR）和定量性状位点（QTL）分析这一强大工具，在《Discover Oncology》上发表了题为“Multiomic Mendelian randomization analysis of metabolic gene methylation expression and protein levels in lung adenocarcinoma”的研究。孟德尔随机化利用遗传变异作为工具变量来推断可改变的风险因素与疾病之间的因果关系，从而避免混杂因素和反向因果关系的干扰。而QTLs，包括甲基化QTLs（mQTLs）、表达QTLs（eQTLs）和蛋白QTLs（pQTLs），则提供了一个遗传框架，用以理解基因组内的变异如何影响分子水平的性状。这些方法结合使用，可以揭示驱动肺腺癌代谢重编程的遗传倾向和分子机制，为发病机理和潜在干预点提供新见解。

本研究采用汇总数据孟德尔随机化（SMR）分析方法，整合了来自TRICL联盟和FinnGen研究的肺腺癌遗传关联数据，以及来自McRae等人（mQTL）、eQTLGen consortium（eQTL）和Ferkingstad等人（pQTL）的分子QTL摘要级数据。研究人员首先从GSEA C5肿瘤学基因集中识别了9044个人类代谢基因，并在各自的QTL数据集中筛选出具有显著工具变量（P<5x10^-8）的代谢基因。利用SMR软件评估代谢基因相关的分子特征（甲基化、基因表达、蛋白丰度）与肺腺癌风险之间的关联，并通过异质性检验（HEIDI）排除多效性或连锁的影响。为巩固因果推论，研究进一步进行了共定位分析（使用coloc R包），以评估识别出的信号是否共享因果遗传变异。最后，通过整合甲基化、转录和蛋白水平上的遗传信号，并依据SMR显著性、共定位证据强度（PPH4>0.70）以及在独立数据集（FinnGen或GTEx）中的可重复性，将候选代谢基因分为三个证据等级（Tier 1-3），以优先选择高置信度的因果代谢基因。

代谢基因甲基化与肺腺癌风险

研究发现，在TRICL数据集中，经过多重比较校正后，5个CpG位点 across 3个基因与LUAD风险显著相关。其中，CHRNA3基因上的两个甲基化位点cg04882995和cg24506363与LUAD风险增加显著相关（OR分别为1.438和2.26），并且具有强有力的共定位证据（PPH4分别为0.770和0.973）。在FinnGen验证队列中，cg04882995位点的关联得到确认（OR=1.442），进一步支持了CHRNA3甲基化在LUAD发病机制中的潜在作用。相比之下，TERT基因相关位点显示出保护性关联，而UCKL1基因的关联在验证队列中未达到统计学显著性。

代谢基因表达与肺腺癌风险

在6092个eGene-SNP对中，经过严格筛选和校正后，7个eQTLs与LUAD风险显著相关。FLOT1和IER3的表达均显示适度增加LUAD风险，并具有强共定位证据。HYKK的表达显示出极强的风险降低关联（OR=0.016）。在肺组织特异性eQTL分析中，SLC6A3、FLOT1、NRG1和SECISBP2L的表达与LUAD风险相关，且均显示出强共定位证据。FinnGen验证队列的结果部分支持了初始发现，特别是HYKK的保护性关联得到了重复。

代谢蛋白水平与肺腺癌风险

pQTL分析发现，三种代谢基因编码的蛋白水平与LUAD风险显著相关。PCYOX1、SFTPB和POGLUT3均显示出保护性效应（OR均小于1），且具有高度的共定位概率（PPH4均>0.90）。在FinnGen验证中，POGLUT3的强负相关关系得到确认（OR=0.576），而SFTPB和PCYOX1的关联未达到显著性水平，突出了POGLUT3关联的特异性。

多组学证据整合与层级分类

通过整合不同分子水平（mQTL、eQTL、pQTL）的MR分析结果，并依据SMR显著性、共定位证据和外部验证，研究最终将CHRNA3（通过mQTL cg04882995）、FLOT1（eQTL）、HYKK（eQTL）和POGLUT3（pQTL）归类为与LUAD相关的Tier 1级代谢基因，这些基因代表了在多个生物学层面和独立数据集中均得到支持的高置信度因果候选因子。

本研究通过多组学孟德尔随机化分析，为代谢基因在肺腺癌风险中的因果作用提供了有力证据。研究发现，CHRNA3基因的甲基化改变、FLOT1和HYKK基因的表达变化以及POGLUT3蛋白的保护性水平是与疾病易感性相关的关键分子特征。CHRNA3编码尼古丁乙酰胆碱受体的α3亚基，其甲基化改变可能通过nAChR介导的致癌通路影响LUAD风险。FLOT1作为脂筏相关支架蛋白，可能通过PI3K-AKT信号通路促进肿瘤细胞增殖。HYKK此前被认为与吸烟易感性相关，其表达对LUAD风险显示出强烈的保护作用。POGLUT3作为一种蛋白O-葡萄糖基转移酶，可能通过修饰Notch受体EGF重复序列影响Notch信号通路，从而在LUAD中发挥保护作用。这些发现不仅深化了对肺腺癌代谢基础的理解，而且为开发新的早期检测生物标志物和靶向治疗策略提供了有价值的线索。然而，研究也存在一些局限性，例如未能针对吸烟行为进行统计调整，pQTL数据覆盖的代谢蛋白不够全面，以及所有分析基于欧洲血统数据，可能限制其普适性。未来的研究需要在这些方面进行完善，并进一步探索已识别基因的功能机制。总体而言，这项研究展示了整合多组学数据与遗传流行病学方法在解析复杂疾病病因方面的强大能力，为肺腺癌的精准预防和治疗指明了新的方向。