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主要作者及机构
本研究由Jim Smith、Priyadarshana Ajithkumar、Emma J. Wilkinson等多名研究人员共同完成，主要作者来自新西兰奥塔哥大学（University of Otago）病理学系，其他合作机构包括澳大利亚塔斯马尼亚大学、新西兰达尼丁医院（Dunedin Hospital）等。研究于2024年12月16日发表在期刊Data上，论文标题为《Genome-Scale DNA Methylome and Transcriptome Profiles of Prostate Cancer Recurrence After Prostatectomy》。
学术背景
前列腺癌（Prostate Cancer, PCA）是全球男性中第二常见的恶性肿瘤，每年新增病例占所有癌症的7.3%，并导致近40万例死亡。尽管早期治疗（如根治性前列腺切除术或放疗）是标准治疗手段，但10%-60%的患者在术后10年内会出现生化复发（Biochemical Recurrence, BCR），表现为前列腺特异性抗原（PSA）水平持续升高至≥0.20 ng/ml。BCR的临床意义复杂，仅通过PSA监测难以准确预测疾病进展，因此需要更精准的风险分层工具。
近年来，转录组学和表观遗传学（如DNA甲基化）生物标志物在癌症管理中的潜力逐渐显现。DNA甲基化在肿瘤发生、进展和转移中起关键作用，且其变化在癌症早期检测中具有更高的敏感性。然而，关于前列腺癌术后复发的全基因组甲基化和转录组特征的研究仍有限。
本研究旨在通过匹配的RNA测序（RNA-seq）和全基因组DNA甲基化数据，探索前列腺癌术后BCR的分子特征，为开发新的生物标志物提供数据支持，并深入理解前列腺癌复发的分子机制。
研究流程
1. 患者招募与样本收集
研究招募了17名接受根治性前列腺切除术的患者，其中8名患者术后出现BCR，8名未复发，1名患者表现为生化持续（Biochemical Persistence）。所有患者的福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）组织样本来自新西兰达尼丁医院的病理档案库。研究收集了详细的临床、病理和随访数据，包括患者年龄、PSA水平、Gleason评分等。
DNA提取与全基因组甲基化分析
从FFPE组织中提取DNA，使用Illumina HumanMethylationEPIC v2.0芯片进行全基因组甲基化分析。样本经过亚硫酸氢盐转化和修复后，通过芯片检测甲基化水平。数据分析使用R语言中的minfi包，进行信号质量评估、探针过滤（去除性染色体、SNP和交叉反应探针）和功能归一化。最终保留783,503个探针用于后续分析。
RNA提取与转录组测序
从同一FFPE组织中提取RNA，使用Illumina NovaSeq平台进行RNA测序。测序数据经过质量评估、适配体去除和低质量过滤后，比对到人类基因组（GRCh37）。基因表达量通过featureCounts计算，并进行标准化（TPM）。研究还分析了编码RNA和非编码RNA的表达特征。
数据分析与验证
甲基化和转录组数据分别进行技术重复验证，使用Spearman相关性分析评估重复样本的一致性。甲基化数据的重复性分析显示，重复样本之间的全局甲基化水平高度相关（Spearman’s ρ > 0.90）。RNA测序数据的重复性分析显示，编码RNA和非编码RNA的表达水平在重复样本中均表现出极强的一致性（Spearman’s ρ > 0.92）。
主要结果
1. 甲基化数据质量与特征
在19个甲基化样本中，8个样本因信号质量差（平均检测p值 > 0.05）被排除，最终保留11个高质量样本。甲基化分布分析显示，样本的β值呈双峰分布，未甲基化和完全甲基化探针占主导，但中间甲基化水平（25%-75%）的比例高于以往研究，这与EPIC v2.0芯片设计（更多探针位于增强子等调控区域）一致。
转录组数据质量与特征
RNA测序生成了总计11.2亿条reads，平均每个样本6230万条reads。样本的DV200值（>200 nt的RNA片段比例）平均为35.13%，表明FFPE样本的RNA质量良好。基因表达分析显示，66.28%的基因是蛋白编码基因，18.17%为长链非编码RNA（lncRNA），10.52%为假基因，3.71%为其他非编码RNA（如miRNA、snRNA等）。
BCR相关分子特征
通过整合甲基化和转录组数据，研究初步鉴定了与BCR相关的差异甲基化区域（DMRs）和差异表达基因（DEGs）。这些分子特征与患者的临床特征（如PSA水平、Gleason评分）显著相关，为开发BCR预测模型提供了潜在靶点。
结论与意义
本研究首次提供了前列腺癌术后BCR的全基因组甲基化和转录组数据，揭示了与BCR相关的分子特征。这些数据为开发新的生物标志物和风险分层工具提供了重要资源，有助于改善前列腺癌患者的临床管理和预后预测。此外，研究还验证了FFPE样本在甲基化和转录组分析中的可行性，为未来基于FFPE样本的癌症研究提供了技术参考。
研究亮点
1. 数据全面性：研究提供了匹配的甲基化和转录组数据，并结合了详细的临床信息，为多组学分析提供了坚实基础。
2. 技术创新性：研究首次评估了FFPE样本在EPIC v2.0芯片和RNA测序中的技术重复性，证明了其在癌症研究中的可靠性。
3. 临床应用潜力：鉴定的BCR相关分子特征为开发新的诊断和预后工具提供了潜在靶点，具有重要的临床转化价值。
其他有价值内容
研究还分析了样本中微生物组序列的存在，发现Enterobacter、Phyllobacterium和Mesorhizobium是主要菌属，尽管这些微生物与癌症的因果关系尚未明确，但为进一步研究提供了线索。
通过上述报告，本研究在前列腺癌术后复发机制和生物标志物开发领域的重要贡献得以清晰展示。