Nature子刊:尿液液体活检的转录组+代谢组联合分析,揭示前列腺癌生物标志物

2020-03-25 1404文献解读

前列腺癌(PCa)是男性泌尿生殖系统中常见的恶性肿瘤之一,其诊断和预后迫切需要敏感性和特异性生物标志物。

来自约翰霍普金斯大学基梅尔癌症中心的研究人员通过尿液液体活检的代谢组和转录组数据综合分析,发现谷氨酸草酰乙酸转氨酶1(GOT1)是PCa患者代谢变化的关键调节因子。相关研究已发表在《Scientific Reports》杂志。

PCa诊断:现有方法存在局限性

前列腺特异抗原(PSA)被用于PCa的诊断和筛查已经30多年,虽然PSA具有适度的敏感性和特异性,但是其无法区分休眠性(indolent)和侵袭性(aggressive)前列腺癌。

前列腺癌抗原3(PCA3),一种前列腺特异性非编码RNA,2012年被FDA批准为第一个针对特定临床适应症的PCa分子诊断测试。然而,PCA3检测的重要性受个体差异、在活组织复检中表现更好、以及PCa评分和癌症分级之间的数据矛盾等限制。

因此,迫切需要新的分子诊断工具来更精确地检测和预测局限性PCa的发生和发展。

简便、无创的新工具:尿液液体活检

尿液是一种可用于分子或细胞分析的生物液体,因此,翰霍普金斯大学基梅尔癌症中心的研究人员使用尿液液体活检来识别和表征区别PCa、良性前列腺疾病和健康人的RNA基因表达和代谢产物。研究纳入了64例PCa癌患者,31例前列腺增生和前列腺炎患者,31例无癌症史的健康对照,对其尿液进行取样(不进行前列腺按摩)。

研究人员对收集的尿液样本分别进行转录组测序及代谢组特征分析后认为,整合基因表达和代谢产物的变化将更好的揭示驱动PCa的关键途径,从而明确可靠的生物标志物。将转录组和代谢组数据综合分析发现GOT1是PCa患者代谢变化的关键调节因子。

PCa-1

综合代谢通路富集分析:根据PCa患者的临床数据,其GOT1表达明显高于正常人群;与对照组相比,高Gleason评分组GOT1表达显著升高,原发性和转移性PCa患者中GOT1的产物谷氨酸水平异常;通过评估PCa尿液样本中谷氨酸水平的ROC曲线,谷氨酸的曲线下面积(AUC)为90%。

PCa-2

通过细胞实验验证了:谷氨酸代谢和GOT1依赖的氧化还原平衡在PCa中的作用。在PCa细胞系中GOT1支持癌细胞的增殖、侵袭和集落形成。

研究意义

谷氨酸代谢和GOT1依赖的氧化还原平衡信号通路的组成成分不仅可作为PCa的诊断尿液生物标记物,还可能是PCa治疗的有效靶点。

本次研究发现了癌症特异性变化的尿液RNA及代谢产物,为敏感性和特异性的泌尿系统诊断生物标志物的发现提供新思路。同时,提示尿液液体活检还可用于其他癌症非侵入性生物标志物和靶标的发现。

参考文献
Bongyong Lee,Iqbal Mahmud,John Marchica, et al. Integrated RNA and metabolite profiling of urine liquid biopsies for prostate cancer biomarker discovery[J]. Sci Rep.(2020) 10:3716.
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