雄激素通过3'UTR缩短重塑脂代谢基因表达驱动前列腺癌进展的机制研究

本研究针对雄激素调控前列腺癌（PCa）进展的转录后机制空白，首次利用PacBio单分子长读长测序（Iso-Seq）联合Illumina RNA-seq技术，揭示了二氢睾酮（DHT）通过替代性多聚腺苷酸化（APA）介导脂质合成基因（如FASN、ACSL3）3'UTR缩短的关键机制。研究发现APA依赖的miRNA调控逃逸显著促进癌基因表达，并通过CRISPR/Cas9构建FASN基因编辑模型（22RV1-FS）证实其驱动肿瘤发生。临床样本分析进一步揭示APA事件与疾病分期（尤其去势抵抗性前列腺癌CRPC）的相关性，为前列腺癌靶向治疗提供了新思路。

　　

前列腺癌作为男性高发恶性肿瘤，其进展与雄激素信号通路异常激活密切相关。尽管雄激素剥夺疗法（ADT）是标准治疗手段，但多数患者最终发展为去势抵抗性前列腺癌（CRPC），机制尚未完全阐明。近年来研究发现，替代性多聚腺苷酸化（APA）可通过改变基因3'UTR长度影响mRNA稳定性及miRNA调控，在肿瘤中发挥重要作用。然而，雄激素是否通过APA机制调控前列腺癌关键基因表达，仍是未解之谜。

为回答这一问题，中国科学院昆明动物研究所（Key Laboratory of Genetic Evolution & Animal Models, Kunming Institute of Zoology, Chinese Academy of Sciences）联合云南大学等机构的研究团队，首次绘制了雄激素应答的APA全基因组图谱。研究人员利用PacBio单分子长读长测序（Iso-Seq）结合Illumina RNA-seq技术，在雄激素依赖性前列腺癌细胞系LNCaP中发现：二氢睾酮（DHT）处理可诱导全局性APA事件增加（图1E），其中424个差异表达基因（DEGs）同时存在APA改变（图1F）。功能富集分析表明，这些基因显著富集于脂质合成与代谢通路（图2A），尤其涉及从头脂肪酸合成的关键基因（如FASN、ACSL3、ACLY）。

关键技术方法

研究采用多组学整合策略：

1. 转录组分析：通过Illumina RNA-seq筛选DHT处理的LNCaP细胞差异表达基因（FPKM差异≥1.2倍，FDR<0.05），结合qPCR和Western blot验证（图1C-D）。

2. APA图谱绘制：利用PacBio Iso-Seq技术解析3'UTR动态变化，鉴定APA位点（图1G），并通过3'RACE实验验证。

3. 功能机制研究：

   • 双荧光素酶报告系统验证miRNA对eUTR的靶向调控（图3C-D）

   • CRISPR/Cas9构建FASN远端多聚腺苷酸信号（PAS）编辑细胞模型（22RV1-FS）（图4A-B）

   • EdU增殖实验及裸鼠移植瘤模型评估肿瘤表型（图4E-F，图5）

4. 临床关联分析：收集12对前列腺癌/癌旁组织样本（昆明医科大学附属第一医院），通过qPCR、Western blot和免疫组化（IHC）验证APA与疾病进展相关性（图6）。

研究结果

1. DHT诱导的转录景观

RNA-seq分析显示，不同浓度DHT处理LNCaP细胞后，差异表达基因数量呈剂量依赖性（图1A）。共2079个基因在四组处理中共同差异表达（图1B），包括已知雄激素调控基因（KLK³、NKX3-¹）及脂代谢基因（DHCR²⁴）。

2. Iso-Seq鉴定APA事件

PacBio测序共获得766,277条高质量转录本（表S2）。DHT处理（1 nM）显著增加APA事件数量（2200个基因），这些基因富集于细胞周期、RNA结合及脂质代谢通路（图1E）。MEME分析证实72.9%–76.9%的APA位点上游存在经典多聚腺苷酸信号AAUAAA（图S3）。

3. APA调控脂代谢基因

DHT通过诱导APA介导FASN、ACSL3等基因3'UTR缩短（图2B），使长转录本（含eUTR）向短转录本（cUTR）转换。机制上，eUTR含miRNA结合位点（如miR-15a-5p靶向FASN eUTR），其缺失导致miRNA调控逃逸，增加蛋白表达（图3B-E）。此过程依赖雄激素受体（AR），抑制剂恩杂鲁胺可阻断APA转换（图2F）。

4. FASN缩短驱动肿瘤进展

CRISPR/Cas9编辑的22RV1-FS细胞（缺失FASN远端PAS）高表达FASN蛋白（图4C-D），增殖能力增强（图4E）。裸鼠移植瘤实验证实，22RV1-FS细胞成瘤体积更大（图5B-D），且Ki67阳性率升高（图5K）。FASN抑制剂TVB-3664可逆转该表型。

5. 临床相关性

前列腺癌组织中FASN短转录本（C/E表达比>1）占比显著高于癌旁组织（9/12例，图6E）。RNA-seq数据分析显示，FASN近端PAS使用率随疾病进展（BPH→PCa→CRPC）逐步升高（APDUI<0，图6F），表明APA事件与前列腺癌恶化相关。

结论与意义

本研究首次揭示雄激素通过AR-APA信号轴重塑脂代谢基因表达的分子机制（图7）：

1. 理论创新：阐明DHT诱导APA全局性重编程的规律，建立APA与肿瘤代谢重编程的直接关联。

2. 机制突破：证实APA介导的3'UTR缩短通过逃避miRNA（如miR-15a/16家族）抑制，上调FASN等癌基因表达。

3. 转化价值：

   • 构建FASN基因编辑模型（22RV1-FS）为CRPC研究提供新工具

   • 发现APA事件作为前列腺癌进展的生物标志物潜力

   • 为靶向脂代谢（如FASN抑制剂）联合AR信号阻断的疗法提供依据

该研究发表于《Science China Life Sciences》，不仅深化了对雄激素信号网络的理解，也为克服CRPC耐药性开辟了新路径。未来研究可进一步探索APA核心因子（如ELL2）在雄激素应答中的调控作用，推动精准治疗策略的开发。