孟德尔随机化联合单细胞测序揭示前列腺癌中与髓系细胞分化相关的预后基因及实验验证

本综述创新性地整合孟德尔随机化（MR）与单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术，系统鉴定出NR3C1、BMP2、RACGAP1、TLR3和FASN五个关键预后基因，构建了前列腺癌（PCa）风险预测模型。研究深入探讨了这些基因在肿瘤微环境、免疫浸润（如NK细胞）及药物敏感性（如AZD8186）中的调控作用，并通过体外实验验证其功能，为PCa的精准治疗与靶向药物开发提供了新的理论依据和实验基础。

　　

背景

前列腺癌（PCa）是全球男性泌尿系统中最常见的恶性肿瘤之一，其发病机制涉及年龄、遗传易感性、种族差异和基因表达失调等多因素。尽管早期局限性PCa可通过根治性前列腺切除术或放疗有效治疗，但20-40%的患者会出现生化复发。尤其是进展为转移性去势抵抗性前列腺癌（mCRPC）的患者，其5年生存率低于30%，凸显了对先进治疗策略的迫切需求。

方法

研究从公共数据库下载了相关数据，包括TCGA-PRAD的转录组数据、GEO数据库的scRNA-seq数据（GSE141445）以及IEU OpenGWAS数据库的MR数据（EBI-A-GCST90018905）。通过差异表达分析获得差异表达基因（DEGs），并将其与髓系细胞分化相关基因（MCDRGs）取交集，得到候选基因。利用孟德尔随机化（MR）分析筛选与PCa有因果关系的候选预后基因，并通过单变量Cox回归分析和LASSO分析进一步鉴定预后基因。基于预后基因构建风险模型，并评估其在免疫浸润、列线图模型和药物敏感性中的作用。通过scRNA-seq分析关键细胞中预后基因的表达，并通过体外实验（包括Western blot、Ki67免疫荧光染色和划痕实验）验证其功能。

结果

研究共鉴定出23个与PCa有因果关系的候选预后基因，其中5个基因（NR3C1、BMP2、RACGAP1、TLR3、FASN）被确定为关键预后基因。基于这些基因构建的风险模型显示，高风险组（HRG）的生存率显著低于低风险组（LRG）。列线图模型表明，这些预后基因能有效预测PCa患者的生存状态。免疫浸润分析发现，HRG和LRG在18种免疫细胞中存在显著差异，其中自然杀伤细胞（NK细胞）与TLR3呈正相关（cor=0.66），与FASN呈负相关（cor=-0.38）。药物敏感性分析显示，HRG和LRG对86种药物（如AZD8186）的敏感性存在显著差异。scRNA-seq分析将上皮细胞确定为关键细胞，并发现FASN在其分化过程中持续活跃。体外实验验证了生物信息学分析结果，显示NR3C1、BMP2和TLR3在PCa组织中表达下调，而RACGAP1和FASN表达上调。功能实验表明，过表达BMP2或敲低FASN能显著抑制PC3细胞的增殖和迁移能力。

讨论

NR3C1（糖皮质激素受体）在PCa治疗抵抗中发挥关键作用，其动态调节与AR信号通路交叉对话，介导治疗逃避。BMP2作为TGF-β超家族成员，在PCa中抑制肿瘤进展，但其具体机制尚不明确。RACGAP1通过调节Rac GTPase活性影响细胞分裂和基因组稳定性，其过表达与CRPC相关。TLR3作为模式识别受体，在PCa中表达下调，可能与肿瘤免疫逃逸相关。FASN作为脂肪酸合成的关键酶，在PCa中通过促进脂质合成和积累，驱动肿瘤进展和免疫抑制。

研究还发现，NK细胞在PCa微环境中具有重要免疫监视功能，其浸润水平与患者预后显著相关。药物敏感性分析提示AZD8186（PI3Kβ抑制剂）和JAK1抑制剂可能具有治疗潜力。GeneMANIA分析揭示了与预后基因功能相关的20个基因（如BMPR1A），并构建了转录因子- mRNA- miRNA调控网络。

结论

本研究通过整合多组学分析和实验验证，系统鉴定了5个与PCa预后相关的关键基因，并构建了风险预测模型。这些基因在PCa的肿瘤微环境、免疫浸润和药物敏感性中发挥重要作用，为PCa的精准治疗和靶向药物开发提供了新的理论基础和实验依据。未来研究应进一步探索这些基因的分子机制，并开发针对性的治疗策略。