非小细胞肺癌中替代剪接的全景分析揭示新的组织学和人群差异

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非小细胞肺癌中可变剪接的全局分析揭示新的组织学和人群差异

学术背景

肺癌是美国最常见的癌症之一，尤其是非小细胞肺癌（NSCLC）占据了肺癌的大部分病例。其中，肺腺癌（LUAD）和肺鳞状细胞癌（LUSC）是最常见的亚型。尽管在肺癌的分子机制研究方面取得了显著进展，但少数族裔群体（如非洲裔美国人，AA）在肺癌研究中的代表性仍然不足。非洲裔美国男性比欧洲裔美国男性（EA）更容易患上肺癌，且发病率和死亡率更高。这种差异部分归因于医疗资源的获取和治疗决策的不同。

近年来，基因组研究表明，可变剪接（Alternative Splicing, AS）在癌症的发生和发展中起着重要作用。可变剪接是指前体mRNA在剪接过程中产生不同的mRNA异构体，进而影响蛋白质的功能。异常的剪接事件与多种癌症的肿瘤发生密切相关，尤其是在肺癌中，可变剪接可能通过影响癌基因的表达和功能，推动肿瘤的进展。然而，关于不同种族和组织学亚型之间可变剪接差异的研究仍然有限。

论文来源

这篇论文由Saman Zeeshan、Bhavik Dalal、Rony F. Arauz、Adriana Zingone、Curtis C. Harris、Hossein Khiabanian、Sharon R. Pine和Bríd M. Ryan共同撰写。作者来自多个研究机构，包括Rutgers Cancer Institute of New Jersey、National Cancer Institute等。该论文于2025年发表在《Oncogene》期刊上，DOI为10.1038/s41388-024-03267-y。

研究流程与结果

研究流程

  1. 样本收集与处理
    研究使用了两个独立的患者队列，分别用于发现和验证。发现队列包括75个可评估的肿瘤样本（35个AA，40个EA）和77个非肿瘤邻近组织（NAT）样本。验证队列包括191个组织样本（94个肿瘤样本，23个AA，71个EA，95个NAT）。所有样本均来自NSCLC患者，包括LUAD和LUSC两种亚型。

  2. RNA测序与数据分析
    研究使用高通量、高深度的总RNA测序（total RNA-seq）技术对肿瘤和NAT样本进行测序。通过比对人类参考基因组（hg38），使用HISAT2软件进行序列比对。随后，使用rMATS软件进行可变剪接事件的分析，计算每个剪接事件的剪接百分比（Percent Spliced In, PSI），并筛选出PSI差异大于10%且错误发现率（FDR）小于0.1的高置信度剪接事件。

  3. 验证实验
    通过高通量逆转录PCR（RT-PCR）对发现的剪接事件进行验证，确保其在不同队列中的可重复性。

主要结果

  1. 组织学特异性剪接事件
    在LUAD和LUSC肿瘤中，分别发现了990个和668个高置信度的可变剪接事件。这些事件主要发生在蛋白质编码基因中，且LUAD中的剪接事件数量多于LUSC。通过验证队列，确认了40%的LUAD剪接事件和50%的LUSC剪接事件。这些剪接事件涉及多个信号通路，如IL-15、STAT3和VEGF信号通路。

  2. 人群特异性剪接事件
    在AA和EA人群中，分别发现了1000多个和300多个高置信度的剪接事件。其中，约50%的剪接事件在两个人群中共享，其余则为人群特异性事件。例如，TPM1和VEGFA基因在AA和EA中均表现出多个剪接事件，而ADAM15和FGFR2仅在AA中表现出剪接事件。

  3. 驱动基因和表面蛋白的剪接事件
    研究还发现了一些与癌症驱动基因和细胞表面蛋白相关的剪接事件。例如，AFDN基因的剪接事件在AA和EA中均表现出显著的PSI差异，且与肿瘤的侵袭性和迁移性相关。此外，CD44基因的剪接事件在LUAD中表现出显著的PSI差异，提示其可能在肿瘤的发生和发展中起重要作用。

  4. 环境与宿主因素的影响
    通过线性回归分析，研究发现吸烟和药物使用（如阿司匹林）对剪接事件有显著影响。吸烟强度和持续时间与多个剪接事件相关，而阿司匹林的使用也与部分剪接事件相关。

结论与意义

该研究首次全面分析了NSCLC中可变剪接的全局特征，揭示了不同组织学亚型和种族群体之间的剪接差异。这些发现不仅为理解肺癌的分子机制提供了新的视角，还为开发针对特定人群的个性化治疗方案提供了潜在靶点。特别是，研究强调了可变剪接在肿瘤发生和免疫治疗中的重要性，提示其可能成为未来癌症治疗的新方向。

研究亮点

  1. 高置信度的剪接事件：通过高通量RNA测序和验证实验，研究发现了大量高置信度的可变剪接事件，这些事件在肿瘤和NAT之间表现出显著的差异。
  2. 人群特异性剪接事件：研究首次揭示了AA和EA人群在肺癌中的剪接差异，为理解种族差异在肺癌中的生物学基础提供了新的证据。
  3. 驱动基因和表面蛋白的剪接事件：研究发现了多个与癌症驱动基因和细胞表面蛋白相关的剪接事件，提示其在肿瘤发生和发展中的潜在作用。
  4. 环境与宿主因素的影响：研究揭示了吸烟和药物使用对剪接事件的显著影响，为进一步研究环境因素在肺癌中的作用提供了新的方向。

总结

该研究通过全面的基因组分析，揭示了NSCLC中可变剪接的复杂性和多样性，特别是在不同种族和组织学亚型之间的差异。这些发现不仅为肺癌的分子机制研究提供了新的视角，还为开发针对特定人群的个性化治疗方案提供了潜在靶点。未来的研究可以进一步探索这些剪接事件在肿瘤发生、发展和治疗中的具体作用，推动肺癌治疗的精准化发展。