MicroRNA表达连接交通环境负担与晚期三阴性乳腺癌

《Genes》：MicroRNA Expression Links Transportation Environmental Burden to Late-Stage Triple-Negative Breast Cancer

　　

背景：三阴性乳腺癌（TNBC）是一种侵袭性亚型，在诊断时存在持续的分期差异。虽然交通相关暴露越来越被认为是环境健康风险，但将这些暴露与癌症进展联系起来的生物学机制仍不清楚。本研究评估了肿瘤microRNA（miRNA）是否介导交通负担与TNBC诊断时分期之间的关联。方法：研究人员分析了来自路易斯安那州肿瘤登记处（2009–2019）的434例TNBC病例。交通负担来自2022年环境正义指数（EJI），反映了住宅与高交通量道路、铁路和机场的邻近程度。通过高通量测序测量miRNA表达，并使用M值修剪均值法（TMM）进行标准化。进行了三阶段分析（筛选、个体和多重中介）。KEGG通路富集分析评估了下游生物学通路。结果：在调整年龄、种族、体重指数、婚姻状况、主要支付方和集中劣势指数（CDI）后，交通负担等级每增加0.10（10百分位），晚期TNBC诊断的几率显著增加9%（校正后比值比（OR）=1.09，95%置信区间（CI）：1.01–1.17，p=0.021）。五个miRNA显著介导了这种关系：下调的hsa-let-7c-5p、hsa-let-7b-5p、hsa-miR-30a-3p和hsa-miR-92a-3p，以及上调的hsa-miR-151a-3p。联合中介分析显示完全中介（间接效应（IE）=0.324；p=0.027）。hsa-let-7c-5p是主要的独立中介。富集的通路包括丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）、磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（PI3K-Akt）、Wnt和p53信号通路。结论：这些发现确定了通过miRNA失调将交通相关环境暴露与TNBC进展联系起来的分子通路。通过将环境暴露评估与肿瘤生物学相结合，这项研究促进了研究人员对建筑环境如何导致癌症差异的理解。

**研究背景与问题**
三阴性乳腺癌（TNBC）是一种缺乏雌激素受体（ER）、孕激素受体（PR）和人表皮生长因子受体2（HER2）表达的侵袭性乳腺癌亚型，具有高复发率和低5年生存率（77.1%），且非裔美国人和西班牙裔女性发病率显著更高。既往研究已表明，空气污染、交通噪声等环境暴露与乳腺癌风险相关，尤其对受体阴性亚型影响更显著。然而，这些环境因素如何通过生物学机制驱动TNBC进展，特别是分子层面的中介通路，尚不明确。本研究旨在探讨交通环境负担（即住宅与高容量道路、铁路、机场的邻近程度）是否通过肿瘤microRNA（miRNA）表达失调，影响TNBC诊断时的分期。该研究发表在《Genes》期刊上。

**研究内容与结论**
研究人员利用路易斯安那州肿瘤登记处（LTR）2009–2019年间434例TNBC病例的肿瘤组织样本，结合2022年环境正义指数（EJI）中的交通基础设施领域（RPL_EBM_DOM4）作为暴露指标，通过高通量测序获得miRNA表达谱，并采用三阶段中介分析（筛选、个体中介、联合中介）评估miRNA在暴露与晚期诊断之间的中介作用。结果显示，每增加0.10（10百分位）的交通负担等级，晚期TNBC诊断几率增加9%（校正后OR=1.09，95%CI: 1.01–1.17，p=0.021）。5个miRNA（hsa-let-7c-5p、hsa-let-7b-5p、hsa-miR-30a-3p、hsa-miR-92a-3p下调，hsa-miR-151a-3p上调）显著介导该关联，且联合中介分析显示完全中介效应（IE=0.324，p=0.027），其中hsa-let-7c-5p为独立中介。KEGG通路富集分析表明，这些miRNA的靶基因主要富集于MAPK、PI3K-Akt、Wnt、p53、细胞周期、凋亡等关键致癌通路。

**关键技术与方法**
1. **样本队列来源**：路易斯安那州肿瘤登记处（LTR）的434例女性TNBC患者的福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）肿瘤组织，诊断年份2009–2019年，其中早期（I–II期）184例，晚期（III–IV期）250例。
2. **环境暴露评估**：采用2022年环境正义指数（EJI）的交通基础设施领域（RPL_EBM_DOM4），基于普查区（census-tract）内住宅与高容量道路、铁路、机场（1英里半径）的邻近程度计算百分位排名（0–1）。
3. **miRNA表达定量**：对FFPE组织提取总RNA（RNA完整性数≥8），构建小RNA文库后通过Illumina NextSeq 2000平台进行75bp单端测序，原始计数经M值修剪均值法（TMM）标准化，并转换为log₂-每百万计数（log-CPM）值。
4. **三阶段中介分析**：第一阶段：过滤低表达miRNA（保留359个高置信度miRNA）；第二阶段：通过逻辑回归验证暴露与分期的关联，线性回归筛选暴露相关miRNA（p<0.05入选17个）；第三阶段：采用多重加法回归树（MART）模型进行个体和联合中介分析，基于2000次bootstrap估计间接效应（IE）和直接效应（DE）。
5. **通路富集分析**：利用“multiMiR”包获取5个显著中介miRNA的已知靶基因，通过“clusterProfiler”包进行KEGG通路富集，以Benjamini–Hochberg法校正多重比较。

**研究结果**
- **3.1 暴露与癌症分期的关联**：通过未经调整和调整协变量（年龄、种族、体重指数、婚姻状况、主要支付方、集中劣势指数（CDI））的逻辑回归分析，发现交通负担等级每增加0.10，晚期TNBC诊断几率显著增加（未调整OR=1.08，p=0.021；调整后OR=1.09，p=0.021），而所有协变量均未达到统计学显著性。
- **3.2 miRNA表达与暴露的关联**：对359个miRNA进行线性回归筛选，发现17个miRNA与交通负担显著相关（p<0.05）。其中，hsa-miR-151a-3p呈正相关（表达随暴露增加而升高），hsa-let-7c-5p、hsa-let-7b-5p、hsa-miR-30a-3p、hsa-miR-92a-3p呈负相关。箱线图显示，这些miRNA在晚期和高暴露组中表达趋势与回归结果一致。
- **3.3 中介分析**
- **3.3.1 个体中介分析**：对17个候选miRNA分别构建单中介模型，发现5个miRNA（hsa-let-7c-5p、hsa-let-7b-5p、hsa-miR-30a-3p、hsa-miR-92a-3p、hsa-miR-151a-3p）的间接效应显著（p<0.05），其中hsa-let-7b-5p的间接效应最强（IE=0.354，p=0.035）。
- **3.3.2 联合中介分析**：将5个显著miRNA纳入联合模型，总效应（TE）显著（TE=0.916，p=0.024），联合间接效应显著（IE=0.324，p=0.027），而直接效应（DE）变为不显著（DE=0.591，p=0.147），表明暴露对分期的效应完全通过这5个miRNA介导。其中，hsa-let-7c-5p是唯一独立显著的中介（IE=0.238，p=0.031）。
- **3.4 通路分析**：对5个显著中介miRNA的靶基因进行KEGG富集，最显著富集的通路包括MAPK信号通路（258个基因，校正后p=3.23×10^-18）、PI3K-Akt信号通路（281个基因，p=2.06×10^-9）、Wnt信号通路（150个基因，p=2.81×10^-11）、细胞周期（143个基因，p=1.83×10^-14）、p53信号通路（72个基因，p=7.07×10^-11）、凋亡（115个基因，p=1.33×10^-7）、转化生长因子-β（TGF-β）信号通路（92个基因，p=3.86×10^-6）、Notch信号通路（55个基因，p=1.22×10^-5）、Hedgehog信号通路（49个基因，p=8.65×10^-5），以及雌激素（104个基因，p=2.66×10^-3）和孕激素介导通路（81个基因，p=2.15×10^-2）。

**讨论总结**
该研究提供了交通环境暴露通过miRNA失调驱动TNBC进展的分子证据。核心发现是let-7家族（尤其是hsa-let-7c-5p）在机制中起主导作用：交通暴露导致let-7c-5p和let-7b-5p下调，从而削弱其抑癌功能，促进晚期诊断。hsa-miR-30a-3p和hsa-miR-92a-3p的下调进一步破坏了细胞周期检查点和氧化应激防御，而hsa-miR-151a-3p的上调则通过抑制p53通路促进增殖和迁移。通路富集表明，MAPK和PI3K-Akt信号通路的激活是环境暴露驱动TNBC进展的关键下游事件，且即使肿瘤为三阴性，雌激素和孕激素通路仍被富集，提示环境暴露可能引起系统性激素紊乱。研究局限性包括：残余混杂（如未控制PM2.5）、暴露指标为普查区层面（存在生态学偏倚）、缺乏纵向居住史、FFPE组织异质性、多重检验问题、中介分析假设难以完全验证，以及单州登记处限制外推性。未来需在独立队列中验证let-7c通路，并探索具体污染物。

**结论翻译**
总之，本研究表明，住宅与密集交通基础设施的邻近程度与晚期TNBC诊断显著相关，且该关联由miRNA表达所介导。关键调控转录本（尤其是let-7家族）的环境性下调，以及核心信号级联（如MAPK和PI3K-Akt）的紊乱，凸显了对外部应激源的转录组响应。这项研究强调了将环境暴露数据整合到癌症风险评估中的重要性。未来有必要进一步验证这些调控网络，并探索旨在减轻交通相关环境负担的公共卫生干预措施如何改善高暴露社区的患者结局。