RASAL1与PTEN基因共同改变促进癌症侵袭性的机制研究

学术背景

癌症是全球范围内导致死亡的主要原因之一，其发生和发展涉及多种基因和信号通路的异常。PI3K-AKT信号通路在癌症中扮演着重要角色，其过度激活与肿瘤的侵袭性和不良预后密切相关。PTEN（磷酸酶和张力蛋白同源物）是PI3K-AKT通路的关键负调控因子，其功能丧失会导致该通路的过度激活。然而，除了PTEN之外，其他基因是否也在PI3K-AKT通路的调控中发挥重要作用，尤其是在与PTEN共同作用时，仍不清楚。

RASAL1（RAS蛋白激活样1）是一种RAS GTPase激活蛋白（RASGAP），能够将活性GTP结合的RAS转化为无活性的GDP结合形式，从而抑制PI3K通路的激活。尽管RASAL1在某些癌症中的表达降低与其侵袭性相关，但其作为肿瘤抑制基因的广泛作用尚未得到充分证实。本研究旨在探讨RASAL1基因改变在癌症中的作用，特别是当其与PTEN基因改变共存时，如何通过协同激活PI3K-AKT通路促进癌症的侵袭性。

论文来源

本论文由Xiaopei Shen、Jie Tan、Rengyun Liu、Guangwu Zhu、Lisa Roper和Mingzhao Xing共同撰写，作者来自约翰霍普金斯大学医学院内分泌、糖尿病与代谢科和病理科。论文于2024年7月20日在线发表在《Molecular Oncology》期刊上，DOI为10.¹⁰⁰²⁄₁₈₇₈-0261.13701。

研究流程与结果

1. 数据收集与分析

研究团队从TCGA（The Cancer Genome Atlas）数据库中获取了33种癌症类型的9924例患者的全外显子突变、基因拷贝数、RNA测序和临床结果数据。通过GISTIC 2.0分析基因拷贝数改变，排除了无功能影响的突变（如沉默突变、内含子突变等）。研究还使用了癌症基因普查（CGC）数据库中的724个已知癌症基因进行分析。

2. RASAL1基因改变的广泛性

研究发现，RASAL1在多种癌症中存在广泛的基因改变，包括拷贝数丢失和突变。在33种癌症类型中，RASAL1基因改变的平均频率为14.25%，其中19种癌症类型的改变频率超过10%。拷贝数丢失和突变在功能上具有相似的破坏性，因此被统一视为有害的基因改变。

3. RASAL1与PTEN、TP53基因改变的共存

研究发现，RASAL1基因改变与PTEN和TP53基因改变显著共存。52.97%的RASAL1改变癌症同时存在PTEN改变，而64.78%的RASAL1改变癌症存在TP53突变。这种共存现象表明，RASAL1、PTEN和TP53可能在癌症中协同作用，共同调控PI3K-AKT通路。

4. RASAL1改变激活PI3K通路

通过反向蛋白质阵列（RPPA）数据分析，研究发现RASAL1改变的癌症中，AKT磷酸化水平显著升高，表明PI3K通路被激活。特别是在乳腺癌、前列腺癌和胸腺瘤中，RASAL1改变与AKT磷酸化的增加显著相关。即使在不存在PTEN和TP53改变的癌症中，RASAL1改变仍与AKT磷酸化水平的升高相关。

5. RASAL1改变与不良临床结果

研究发现，RASAL1改变的癌症患者疾病特异性死亡率显著高于无RASAL1改变的患者（27.93% vs. 20.57%）。在不存在PTEN和TP53改变的癌症中，RASAL1改变的患者死亡率也显著升高（23.28% vs. 13.11%）。Kaplan-Meier分析显示，RASAL1改变显著加速了疾病特异性生存期的下降。

6. RASAL1与PTEN共同改变协同激活PI3K通路

研究发现，RASAL1和PTEN共同改变的癌症中，PI3K通路的激活程度显著高于单一基因改变的癌症。在乳腺癌中，RASAL1和PTEN共同改变的患者AKT磷酸化水平最高，且疾病进展率和死亡率也显著升高。Kaplan-Meier分析显示，RASAL1和PTEN共同改变的患者疾病特异性生存期和疾病无进展生存期显著缩短。

7. RASAL1、PTEN和TP53三重改变的协同效应

研究发现，RASAL1、PTEN和TP53三重改变的癌症患者临床结果最差。在乳腺癌中，三重改变的患者中68.75%为三阴性乳腺癌（TNBC），而无基因改变的患者中仅有3.83%为TNBC。三重改变显著增加了乳腺癌的侵袭性，表明RASAL1、PTEN和TP53的协同作用在癌症进展中具有重要意义。

8. 基因敲除小鼠模型验证

研究团队通过CRISPR-Cas9技术构建了RASAL1基因敲除小鼠模型，并与PTEN基因敲除小鼠杂交，生成了RASAL1和PTEN双敲除小鼠。研究发现，双敲除小鼠中PI3K通路显著激活，并发展为转移性恶性肿瘤，而单一基因敲除小鼠仅表现为良性肿瘤。这一结果进一步验证了RASAL1和PTEN在PI3K通路调控中的协同作用。

结论与意义

本研究通过广泛的遗传、临床和功能实验，证实了RASAL1作为一种重要的肿瘤抑制基因，在癌症中通过调控PI3K-AKT通路发挥重要作用。特别是RASAL1与PTEN的共同改变，形成了一种独特的遗传机制，协同激活PI3K通路，促进癌症的侵袭性和不良预后。这一发现不仅深化了我们对PI3K通路在癌症中作用的理解，还为癌症的分子分型和精准治疗提供了新的遗传标志物。

研究亮点

1. 广泛性：研究涵盖了33种癌症类型的9924例患者，证实了RASAL1基因改变的广泛性及其在多种癌症中的重要作用。
2. 协同作用：首次揭示了RASAL1与PTEN在PI3K通路调控中的协同作用，为癌症的遗传机制提供了新的视角。
3. 临床意义：RASAL1、PTEN和TP53三重改变与乳腺癌的三阴性表型显著相关，为乳腺癌的分子分型和预后评估提供了重要依据。
4. 功能验证：通过基因敲除小鼠模型，验证了RASAL1和PTEN在PI3K通路调控中的功能协同性，为研究结果提供了强有力的实验支持。

其他有价值的信息

本研究还发现，RASAL1的改变在甲状腺癌中较为罕见，但在滤泡性甲状腺癌（FTC）和未分化甲状腺癌（ATC）中较为常见，这与PI3K通路在甲状腺癌中的重要作用一致。此外，研究还探讨了RASAL1在表观遗传和翻译后水平的异常，进一步支持了其作为肿瘤抑制基因的广泛作用。

本研究为癌症的分子机制研究和临床治疗提供了重要的理论依据和实践指导，具有重要的科学价值和应用前景。