基于血浆游离DNA甲基化组学的转移性去势抵抗性前列腺癌预后模型构建与验证

《npj Precision Oncology》：Plasma cell-free DNA methylation-based prognosis in metastatic castrate-resistant prostate cancer

本研究针对转移性去势抵抗性前列腺癌(mCRPC)缺乏肿瘤生物学特异性预后标志物的临床挑战，通过靶向甲基化测序技术分析了96例前列腺癌患者血浆cfDNA中的甲基化单倍型区块(MHBs)。研究发现77个MHBs在疾病进展过程中呈现差异性甲基化，其中15个关键MHBs构成的复合评分与患者总生存期显著相关。整合临床变量(PSA、LDH、ALP)和ctDNA分数的多模态诺模图在预测0.5年、1年和2年生存率方面表现出优异性能(AUC最高达0.99)，为mCRPC提供了首个基于表观遗传学的个体化预后工具。

　　

前列腺癌作为全球男性第二高发癌症，每年导致超过39.6万人死亡。尽管治疗手段不断进步，转移性去势抵抗性前列腺癌(metastatic castration-resistant prostate cancer, mCRPC)的预后仍然严峻，中位生存期仅30-34个月。目前mCRPC的预后评估主要依赖循环肿瘤细胞计数或非特异性血液生物标志物(如碱性磷酸酶ALP、乳酸脱氢酶LDH等)，这些指标虽经临床试验验证且易于检测，但缺乏肿瘤生物学特异性，难以指导针对mCRPC不良预后患者的靶向治疗策略。

近年来，液体活检技术的发展为前列腺癌预后评估带来了新希望。循环肿瘤DNA(circulating tumor DNA, ctDNA)中的基因组改变(如TP53突变、AR扩增等)已显示出预后价值，但在局限性前列腺癌中，ctDNA检测常因肿瘤DNA释放量低而受限。即便在mCRPC阶段，肿瘤异质性和克隆进化也使基因组分析面临挑战。与此相比，DNA甲基化作为一种稳定的表观遗传修饰，在肿瘤发生早期即出现改变，且能覆盖广泛的基因组区域，即使在低肿瘤分数下也能被检测到，因而成为极具潜力的生物标志物。

在这项发表于《npj Precision Oncology》的研究中，由Jodie Wong和Yijun Tian等领导的研究团队试图通过分析血浆游离DNA(cell-free DNA, cfDNA)的甲基化图谱，开发一种基于mCRPC生物学特性的预后工具。研究人员假设，前列腺癌进展过程中特定的DNA甲基化模式能够反映肿瘤的侵袭性生物学特征，从而提供比传统临床指标更精准的预后信息。

为了验证这一假设，研究团队采用了多种关键技术方法：首先，他们建立了包含96例前列腺癌患者(19例局限性、28例转移性激素敏感性、49例mCRPC)的前瞻性临床队列，样本来自Huntsman癌症研究所的真实世界生物样本库；其次，使用酶学甲基化测序(Enzymatic Methyl-Seq, EM-seq)技术对437个目标区域进行靶向甲基化测序，这些区域选自文献报道的前列腺癌相关差异甲基化区域、TCGA数据库和已知的癌基因/抑癌基因；第三，应用甲基化单倍型区块(methylation haplotype blocks, MHBs)分析方法，检测DNA片段水平上的协同甲基化模式；最后，通过多变量Cox比例风险模型和诺模图(nomogram)构建整合临床变量和甲基化标志物的预后预测工具。

临床特征和甲基化图谱特征

研究队列包括不同阶段的前列腺癌患者，所有mHSPC患者均在接受任何雄激素剥夺治疗前提供血样。cfDNA平均产量为18.96 ng/mL血浆。靶向甲基化测序显示平均测序覆盖度为96x，99.3%的目标区域覆盖度大于10x，确保了数据质量。

甲基化单倍型区块分布

分析共识别出3,525个MHBs，过滤后保留1,530个高质量MHBs用于后续分析。这些MHBs平均长度为127bp，平均包含11个CpG位点，主要位于CpG岛(76.3%)和启动子区域(47.3%)，与基因调控功能密切相关。

差异甲基化分析揭示前列腺癌进展中的表观遗传变化

通过计算甲基化单倍型负载(methylation haplotype load, MHL)，研究发现MHL值随着疾病从局限性向转移状态进展而增加。比较分析识别出77个在疾病各阶段均呈现差异甲基化的MHBs，这些区域均显示随着疾病进展而出现甲基化水平正向偏移，表明目标区域存在渐进性高甲基化。

甲基化标志物与临床生物标志物对总生存期的预测价值

从77个共同差异甲基化区域中筛选出前20个与mCRPC总生存期显著相关的MHBs，进一步去除冗余后得到15个MHBs用于构建复合预后风险评分。单变量Cox分析显示，MHB复合风险评分与mCRPC生存期显著相关(HR=3.8)。基于中位风险评分将患者分为高危和低危组，结果显示高危组中位生存期为14.4个月，低危组为42.8个月，差异显著。

甲基化标志物与ctDNA分数的相关性

研究利用在线工具预测了患者ctDNA分数，发现高ctDNA分数(≥5%)与不良预后显著相关。相关性分析显示，780个与生存期相关的MHBs中，大部分MHL值与预测的ctDNA分数呈正相关，表明甲基化变化可部分反映肿瘤负荷。然而，也发现了一些与ctDNA分数不相关或负相关的MHBs，提示这些区域可能携带独立于肿瘤负荷的预后信息。

多模态风险模型的预后性能

将MHB复合评分与ctDNA分数、临床生物标志物(PSA、LDH、ALP)整合，构建了多模态预后模型。多变量分析显示，MHB评分仍是生存期的独立预测因子。模型比较表明，加入MHB评分显著提高了仅基于ctDNA分数的模型预测性能。

mCRPC生存预后诺模图

研究最终开发了整合临床生物标志物、MHB评分和ctDNA分数的诺模图，用于个体化预测mCRPC患者生存概率。该诺模图在预测0.5年、1年和2年生存率方面表现出色，AUC值分别为0.989±0.034、0.844±0.178和0.823±0.144，为临床医生提供了直观、可操作的预后工具。

功能富集分析揭示与前列腺癌进展相关的通路

对77个跨阶段差异甲基化MHBs的功能富集分析发现，这些区域显著富集于丝氨酸/苏氨酸激酶信号通路调控等生物学过程，这些通路与前列腺癌增殖、转移和治疗抵抗密切相关。对mCRPC特异性甲基化区域的分析还揭示了与细胞命运决定、转录抑制活性和类固醇激素受体活性相关的分子功能富集，表明表观遗传改变可能通过影响转录失调和雄激素信号通路驱动疾病进展。

研究结论表明，cfDNA甲基化分析能够捕捉前列腺癌进展过程中的关键表观遗传改变，并提供与mCRPC生存期相关的生物学信息。通过整合甲基化标志物与现有临床变量构建的预后工具，不仅提高了风险分层准确性，还为理解mCRPC生物学机制提供了新视角。值得注意的是，研究中发现的两个区域(ALOX5和CDKN2A)已成为前列腺癌临床前研究和临床试验(NCT05113537)的潜在靶点，凸显了这些发现向临床转化的潜力。

该研究的创新之处在于首次将甲基化单倍型分析应用于mCRPC预后评估，并开发了患者导向的诺模图工具。与传统方法相比，靶向甲基化测序具有灵敏度高、成本效益好等优势，且能捕捉片段内甲基化异质性，提供更丰富的生物学信息。尽管样本量有限和依赖预测的ctDNA分数是本研究的主要局限，但研究结果充分证明了cfDNA甲基化分析在前列腺癌精准医疗中的临床应用前景。未来在更大规模队列中的验证将进一步确立这种基于表观遗传学的预后工具在指导mCRPC个体化治疗中的价值。