Clinical and biological relevance of the transcriptomic‐based prostate cancer metastasis subtypes MetA‐C
基于轉(zhuǎn)錄組學(xué)的前列腺癌轉(zhuǎn)移亞型MetA-C的臨床和生物學(xué)意義
發(fā)表期刊：Mol Oncol
發(fā)表日期：2021 Dec 10
影響因子：6.603
DOI:10.1002/1878-0261.13158
一、背景
????????前列腺癌（PC）是男性最常見的惡性腫瘤育灸，也是全世界癌癥死亡的主要原因驰后。致死性PC患者會(huì)出現(xiàn)骨轉(zhuǎn)移性疾病，主要通過雄性激素剝奪療法（ADT）進(jìn)行治療懊烤。在大多數(shù)情況下梯醒，ADT能減少轉(zhuǎn)移瘤的生長(zhǎng)，但最終會(huì)發(fā)展成轉(zhuǎn)移性去勢(shì)抗前列腺癌（mCRPC）腌紧。
????????原發(fā)性PC及其轉(zhuǎn)移表現(xiàn)出基因組的異質(zhì)性茸习，尤其是在mCRPC階段，但大多數(shù)DNA改變的預(yù)后和治療預(yù)測(cè)價(jià)值仍不清楚壁肋。對(duì)mCRPC患者轉(zhuǎn)移樣本的研究表明号胚，RB1改變是預(yù)后不良的標(biāo)志，也是唯一與雄性激素受體信號(hào)抑制劑（ARSI）治療后生存不良相關(guān)的遺傳標(biāo)志浸遗。
二猫胁、材料與方法
1.數(shù)據(jù)來(lái)源
????????1）來(lái)自67名骨轉(zhuǎn)移性PC患者新鮮冷凍的轉(zhuǎn)移組織樣本，大多數(shù)（n=49）因轉(zhuǎn)移性脊髓壓迫接受了手術(shù)跛锌；分別從16例和2例患者獲得髂嵴或淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的核心活檢弃秆。在采樣時(shí)，患者要么是未發(fā)激素（n = 15）髓帽，要么是去勢(shì)抵抗（n = 42）菠赚，要么是接受ADT治療，時(shí)間較短郑藏，在1天至3個(gè)月之間（短期閹割衡查，n = 10）。從一些患者中必盖，從同一轉(zhuǎn)移部位采集重復(fù)樣本拌牲，要么在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)（n = 14）或在不同的時(shí)間點(diǎn)俱饿，并在中間給予其他治療（n = 6），該研究總共包括103個(gè)轉(zhuǎn)移樣本塌忽。
????????2）該研究還包括分析先前發(fā)表的來(lái)自外部患者隊(duì)列的RNA和全外顯子組測(cè)序數(shù)據(jù)稍途，這些數(shù)據(jù)是通過分析mCRPC患者不同器官的轉(zhuǎn)移樣本獲得的，這里稱為Quigley（n=101）和Abida（n=332）隊(duì)列
????????3）72個(gè)骨轉(zhuǎn)移樣本（GSE29650和GSE101607）
2.實(shí)驗(yàn)流程
????????1）樣品制備和微陣列分析
????????2）轉(zhuǎn)移亞型MetA-C的分類：通過對(duì) 72 個(gè)骨轉(zhuǎn)移樣本（GSE29650 和 GSE101607）的無(wú)監(jiān)督聚類分析確定 MetA-C 亞型砚婆。確定了每個(gè)亞型的前 60 種差異基因產(chǎn)物械拍，由 Mann-Whitney U 檢驗(yàn)中的最低 P 值和將一個(gè)亞型與其他亞型分開的中值倍數(shù)變化≥?1.5 定義。根據(jù)已有研究中分析的 PC 轉(zhuǎn)移樣本的轉(zhuǎn)錄本譜的主成分分析 (PCA)装盯，從前 180 個(gè) MetA-C 分化基因中坷虑，進(jìn)一步選擇了 157 個(gè)轉(zhuǎn)錄本作為一致的 MetA-C 相關(guān)聯(lián)。
????????3）差異表達(dá)和基因組富集分析：limma埂奈、基因組富集分析（GSEA）
????????4）雄性激素受體活性迄损、增殖和神經(jīng)內(nèi)分泌樣分?jǐn)?shù)：轉(zhuǎn)移瘤樣本的AR活性和增殖分?jǐn)?shù)是通過PCA得到的第一主成分t1值，該值被預(yù)先定義為與典型AR活性和細(xì)胞周期活性（增殖）有關(guān)账磺；單個(gè)NEPC的分?jǐn)?shù)是通過預(yù)定義的NEPC相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄水平的PCA得到的
????????5）MetA-C分化基因畸變的DNA分析和建模
三芹敌、實(shí)驗(yàn)結(jié)果
01-前列腺癌轉(zhuǎn)移灶的MetA-C亞型是異質(zhì)性的
????????使用CIBERSORT工具，根據(jù)157個(gè)預(yù)定義的MetA-C區(qū)分基因轉(zhuǎn)錄物的表達(dá)水平垮抗，對(duì)ClariomD陣列分析的每個(gè)轉(zhuǎn)移樣本的MetA-C含量進(jìn)行估計(jì)氏捞。大多數(shù)轉(zhuǎn)移瘤樣本顯示出異質(zhì)性的MetA-C亞型（圖1A）。MetA的腫瘤含量與MetB和MetC的腫瘤部分成反比（n=103）冒版，而MetB和MetC則沒有顯示明顯的關(guān)系液茎。從同一轉(zhuǎn)移灶獲得的重復(fù)樣本顯示MetA-C的估計(jì)分?jǐn)?shù)高度一致，在進(jìn)一步的分析中辞嗡，患者由MetA-C估計(jì)平均值代表捆等。在分析MetA、MetB和MetC與臨床特征的關(guān)系時(shí)续室，有6名患者的轉(zhuǎn)移樣本是在兩個(gè)不同的時(shí)間點(diǎn)收集的栋烤，并且在這期間對(duì)CRPC進(jìn)行了治療，他們被代表兩次挺狰，共留下73個(gè)轉(zhuǎn)移樣本用于進(jìn)一步分析明郭。這73個(gè)轉(zhuǎn)移樣本顯示MetA-C的分布為78%、11%和11%（圖1B）她渴，當(dāng)根據(jù)其主要的亞型分類時(shí)达址。
02-MetB亞型富含去勢(shì)耐受性轉(zhuǎn)移蔑祟，并與不良預(yù)后相關(guān)
????????將CIBERSORT估計(jì)的轉(zhuǎn)移亞型分布與患者以前的治療進(jìn)行比較趁耗。作者發(fā)現(xiàn)在CRPC中，與未使用激素的病例相比疆虚，MetB的估計(jì)比例顯著偏高苛败，而MetA的估計(jì)比例明顯較低（圖1c）满葛。因此，主導(dǎo)MetB亞型的患者在ADT后的預(yù)后最差罢屈，中位生存時(shí)間只有1.6年嘀韧，而MetA和MetC患者的中位生存時(shí)間分別為5.3和8.2年（圖1D）。在Cox生存分析中缠捌，MetB亞型與ADT后癌癥相關(guān)死亡的風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)锄贷，而相反，MetA亞型與風(fēng)險(xiǎn)減少有關(guān)曼月。MetB的部分提供了獨(dú)立于MetA和現(xiàn)有臨床變量的預(yù)后信息谊却。
????????轉(zhuǎn)移樣本中MetA亞型的估計(jì)比例與診斷時(shí)和轉(zhuǎn)移采樣時(shí)測(cè)量的患者血清PSA水平呈正相關(guān)，而MetB的比例與血清PSA水平呈負(fù)相關(guān)哑芹。MetA-C亞型與診斷時(shí)的Gleason評(píng)分炎辨、原發(fā)腫瘤治療或患者年齡沒有明顯關(guān)系。MetC含量與轉(zhuǎn)移樣本中的腫瘤上皮細(xì)胞比例之間存在弱的反向關(guān)系聪姿。
????????沒有觀察到轉(zhuǎn)移亞型與以前用AR靶向療法（比卡魯胺碴萧、恩扎魯胺、醋酸阿比特龍）或化療治療CRPC之間的關(guān)系末购。然而破喻，與其他樣本相比，接受過破骨細(xì)胞抑制劑（唑來(lái)膦酸或地諾單抗）治療的患者的轉(zhuǎn)移樣本含有非常低的MetB成分盟榴。相比之下低缩，唑來(lái)膦酸/地諾單抗治療的轉(zhuǎn)移瘤中，MetA部分的中值明顯高于未治療的轉(zhuǎn)移瘤曹货。
03-MetB亞型在肝轉(zhuǎn)移中含量豐富咆繁，與外部患者隊(duì)列中的預(yù)后不良有關(guān)
????????在Quigley（n=99）和Abida（n=332）隊(duì)列中，通過RNA測(cè)序?qū)ν獠哭D(zhuǎn)移樣本的MetA-C含量也進(jìn)行了估計(jì)顶籽，并結(jié)合現(xiàn)有的臨床數(shù)據(jù)進(jìn)行了評(píng)估玩般。Abida隊(duì)列被進(jìn)一步分為兩個(gè)亞隊(duì)列，基于用polyA（n=266）或捕獲（n=208）文庫(kù)測(cè)序的樣本礼饱。所有三個(gè)隊(duì)列給出的結(jié)果都與ClariomD隊(duì)列的結(jié)果很一致坏为。此外，它們提供了評(píng)估與轉(zhuǎn)移部位有關(guān)的MetA-C亞型的轉(zhuǎn)移含量的可能性镊绪。
????????Quigley和Abida的轉(zhuǎn)移顯示了MetA-C的明顯異質(zhì)性（圖2A）以及MetA和MetB以及MetA和MetC亞型之間的反向關(guān)系匀伏。當(dāng)根據(jù)主導(dǎo)的轉(zhuǎn)移內(nèi)容進(jìn)行分類時(shí)（圖2B），與其他患者相比蝴韭，MetB轉(zhuǎn)移的患者顯示出較差的預(yù)后够颠，以mCRPC診斷后（Quigley隊(duì)列）或一線ARSI治療后（Abida隊(duì)列）的總生存率表示（圖2C）。有趣的是榄鉴，所有三個(gè)隊(duì)列都顯示MetB亞型在肝轉(zhuǎn)移中明顯富集履磨，MetA亞型在淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移中明顯富集（圖2D）蛉抓。
04-MetA-C亞型在腫瘤生物學(xué)方面顯示出差異
????????為了探索MetA-C亞型之間的生物學(xué)差異，根據(jù)每個(gè)樣本的主要亞型剃诅，進(jìn)行了GSEA巷送。與MetB和MetC相比，MetA表型顯示出高雄性激素反應(yīng)矛辕、蛋白質(zhì)分泌和脂肪生成（圖3A）笑跛，而MetB表型的特點(diǎn)是許多與細(xì)胞周期活動(dòng)和DNA修復(fù)有關(guān)的標(biāo)志（圖3B）。與MetA和MetB相比聊品，MetC表型明顯顯示出上皮向間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）堡牡、肌肉生成和血管生成的跡象，而許多與炎癥反應(yīng)有關(guān)的富集標(biāo)志與MetB亞型共享（圖3C）杨刨。
????????為了進(jìn)一步研究MetA-C亞型之間的重要生物學(xué)差異晤柄，作者根據(jù)預(yù)先定義的基因組的相對(duì)表達(dá)水平，對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)移瘤樣本的AR活性妖胀、增殖和NEPC樣特征進(jìn)行評(píng)分芥颈。對(duì)于ClariomD譜系的轉(zhuǎn)移瘤，MetA的含量與AR活性評(píng)分明顯相關(guān)赚抡，而與增殖和NEPC評(píng)分呈反相關(guān)爬坑。相比之下，MetB和MetC的估計(jì)值與轉(zhuǎn)移的AR活性評(píng)分呈反比關(guān)系涂臣。MetB含量的增加與較高的增殖分?jǐn)?shù)有關(guān)盾计，而MetC含量的增加與增殖分?jǐn)?shù)的減少和NEPC分?jǐn)?shù)的增加。在Quigley和Abida隊(duì)列中觀察到轉(zhuǎn)移樣本的MetA-C含量與其相應(yīng)的AR活性赁遗、增殖和NEPC樣評(píng)分之間的類似關(guān)系署辉。
05-MetA-C亞型與腫瘤基因組畸變的關(guān)系，以及它們的獨(dú)立預(yù)后價(jià)值
????????在Abida亞群中岩四，ETS基因融合（主要是TMPRSS2-ERG）陽(yáng)性的轉(zhuǎn)移樣本顯示MetA含量明顯高于陰性病例哭尝，而在Quigley隊(duì)列中沒有觀察到MetA-C含量與ETS基因融合狀態(tài)之間的明確聯(lián)系。MetB亞型系統(tǒng)性地表現(xiàn)出CNV損失和包括RB1在內(nèi)的13號(hào)染色體上21個(gè)基因轉(zhuǎn)錄物水平的相應(yīng)減少（圖4）剖煌，而MetA和MetC亞型沒有表現(xiàn)出一致的CNV材鹦。根據(jù)相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄水平，用OPLS-DA進(jìn)一步分析MetB相關(guān)的CNVs耕姊，以模擬其對(duì)樣本亞型的影響（圖4）桶唐。總體而言茉兰，在所有三個(gè)隊(duì)列中尤泽，ITM2B的低表達(dá)水平與MetB亞型密切相關(guān)。在Abida隊(duì)列中，與21個(gè)CNV損失相對(duì)應(yīng)的其他轉(zhuǎn)錄物水平的降低對(duì)MetB亞型顯示出明顯的影響安吁，包括RB1（圖4B-C）。在Quigley和Abida隊(duì)列中燃辖，不同的SNVs與MetA-C亞型相關(guān)鬼店，但只有RB1始終與MetB相關(guān)∏辏總的來(lái)說(shuō)妇智，在Quigley和Abida的數(shù)據(jù)中，分別有63%和18-31%的以MetB亞型為主的轉(zhuǎn)移瘤觀察到RB1的畸變（有害的SNVs和/或CNV丟失）氏身。
四、結(jié)論
????????根據(jù)不同的轉(zhuǎn)錄組圖譜蛋欣，PC轉(zhuǎn)移瘤可以被區(qū)分為臨床相關(guān)的亞型航徙。MetA-C亞型在AR靶向治療后顯示出不同的生物學(xué)特性、器官傾向性和預(yù)后陷虎。MetA-C的表型到踏、遺傳和表觀遺傳特征表明，對(duì)轉(zhuǎn)移性PC的多樣化治療方法要根據(jù)亞型進(jìn)行測(cè)試尚猿。該研究的回顧性設(shè)計(jì)限制了對(duì)結(jié)果的解釋窝稿，MetA-C亞型的治療預(yù)測(cè)價(jià)值需要在前瞻性的環(huán)境中進(jìn)行評(píng)估。此外凿掂，應(yīng)制定MetA-C亞型的特異性治療策略伴榔，主要是為了改善MetB患者的生存。
圖5顯示了由當(dāng)前研究驗(yàn)證的特定亞型的臨床和生物學(xué)特征庄萎。懸而未決的問題仍有待回答：（i）MetA-C亞型是否具有內(nèi)在性并可追溯到原發(fā)性腫瘤踪少？（ii）MetA-C亞型是可塑的，并受微環(huán)境差異或處理的影響糠涛？（iii）腫瘤MetA-C異質(zhì)性是否反映了混合細(xì)胞克隆或具有中間亞型的細(xì)胞秉馏？（iv）MetA-C細(xì)胞如何與其環(huán)境中的其他細(xì)胞類型相互作用？
