UTUC的转录组学见解:炎症性纤维化的作用与个性化治疗的潜力。

Transcriptomic insights into UTUC: role of inflammatory fibrosis and potential for personalized treatment.

作者信息Keqiang Li, Zhenlin Huang, Guoqing Xie, Budeng Huang, Liang Song, Yu Zhang, Jinjian Yang
PMID38183115
发布时间2024-01-05
DOI10.1186/s12967-023-04815-y

实验完整度

研究包含转录组测序与多数据集差异分析、临床样本验证、细胞共培养实验、动物模型验证及药物筛选,涉及体外和体内多层次验证。

主要模型

UTUC肿瘤组织及癌旁组织(包括自测序4对和GEO数据集样本) 膀胱癌组织及癌旁组织(TCGA数据库) J82和UMUC3尿路上皮癌细胞系 BJ-hTERT成纤维细胞共培养模型 马兜铃酸肾病小鼠模型(C57BL/6小鼠)

重点核对

UTUC与BC的差异基因筛选(LogFC>1, p<0.05),至少出现两次的基因。 五个基因(SDC1, LUM, VEGFA, TIMP3, WNT7B)在UTUC和BC中的表达差异(RT-qPCR)及与预后的关系。 风险评分模型(Riskscore = ExpSDC1×0.06290643 - ExpLUM×0.1229299 + ExpVEGFA×0.0428134 - ExpTIMP3×0.0721954 + ExpWNT7B×0.0728519)。 细胞共培养实验:J82/UMUC3与成纤维细胞(BJ-hTERT)共培养,加入AA刺激,筛选后检测迁移侵袭能力。 小鼠模型:AA诱导肾病模型,给予Erlotinib 50mg/kg/d或生理盐水灌胃2周,Masson染色检测纤维化。

摘要

背景:上尿路尿路上皮癌(UTUC)是一种罕见疾病,与膀胱癌(BC)同属于尿路上皮癌。尽管两者共享相似的非手术治疗方式,但UTUC显示出比BC更高的转移倾向。此外,尽管两种癌症具有相似的分子疾病发生机制,测序数据却揭示了一些差异。本研究探讨UTUC和BC之间的转录组差异,探究UTUC高转移倾向的原因,构建UTUC转移和预后模型,并提出针对UTUC的个性化治疗策略。方法:在本研究中,我们利用差异基因表达分析、相互作用网络和Cox回归来探讨UTUC增强的转移倾向。我们使用多种技术,包括细胞共培养、逆转录定量聚合酶链反应(rt-qPCR)、蛋白质印迹和transwell实验,制定并验证了一个预后风险模型。我们的方法还包括生存分析、风险模型构建,以及利用CTRPv2、PRISM和CMap数据库进行药物筛选。我们使用Masson染色技术进行组织学评估。所有统计评估均使用R软件和GraphPad Prism 9进行,这增强了我们研究方法的严谨性和全面性。结果:通过炎症性纤维化的筛选,发现与BC相比,UTUC中由蛋白聚糖调控的细胞外基质和细胞粘附分子减少,这使UTUC更易转移。我们证明SDC1、LUM、VEGFA、WNT7B和TIMP3是促进UTUC转移的关键分子。基于这五个分子的风险模型可以有效预测UTUC转移风险和无病生存时间。鉴于UTUC独特于BC的分子机制,我们发现UTUC患者通过酪氨酸激酶抑制剂(TKIs)联合常规的吉西他滨和顺铂化疗方案,可以更好地缓解UTUC易转移所导致的不良预后问题。结论:UTUC因高转移倾向而导致的不良预后与活性氧积累诱导的炎症性纤维化密切相关。使用SDC1、LUM、VEGFA、WNT7B和TIMP3这五个分子构建的生物学模型可以有效预测患者预后。UTUC患者需要除常规方案外的专门治疗,其中TKIs显示出显著潜力。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
UTUC相比膀胱癌更易转移和预后更差的转录组差异及其机制是什么,以及如何针对UTUC特点进行个性化治疗?
核心机制
马兜铃酸(AA)诱导的活性氧(ROS)积累引发炎症性纤维化,改变肿瘤微环境,筛选出具有更强侵袭能力的肿瘤细胞,导致UTUC转移倾向增加和预后不良。
主要证据
通过转录组差异分析、GSEA和免疫浸润分析发现UTUC中蛋白聚糖、细胞粘附分子和细胞外基质分子下调;细胞共培养实验表明,与成纤维细胞共培养后肿瘤细胞迁移侵袭能力增强,并伴随LUM和TIMP3下调、VEGFA上调;小鼠模型验证Erlotinib减轻肾纤维化。
研究意义
研究提出炎症性纤维化是UTUC预后差的关键因素,所构建的基于SDC1、LUM、VEGFA、TIMP3和WNT7B的风险模型可用于预测预后,并提示TKI类药物联合化疗可能为UTUC提供个性化治疗策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

筛选UTUC差异基因并进行富集分析

识别UTUC与癌旁组织的差异表达基因,并比较与膀胱癌的异同。

对4对自测序UTUC样本及GEO数据集(GSE19912、GSE47702)进行差异表达分析,并整合TCGA膀胱癌数据,筛选出UTUC特异性差异基因,进行GO和KEGG富集分析。

2

探索UTUC特异性通路及其相互作用

验证蛋白聚糖、细胞粘附分子和细胞外基质通路在UTUC中的变化及其相互关系。

通过GSEA分析验证这些通路在UTUC中的下调,并用ssGSEA和相关性分析评估三个通路之间的关联。利用STRING和Cytoscape构建PPI网络并识别hub基因。

3

验证核心分子与预后的关联

验证SDC1、LUM、VEGFA、TIMP3、WNT7B在UTUC中的表达及其与转移和预后的关系。

在69例UTUC样本中,通过RT-qPCR检测候选基因表达,比较UTUC和BC表达差异,并通过生存分析和ROC曲线评估其预后价值。基于Cox回归构建风险模型。

4

细胞共培养模拟炎症性纤维化并检测侵袭能力

验证炎症性纤维化对肿瘤细胞迁移和侵袭能力的影响。

将J82和UMUC3细胞与BJ-hTERT成纤维细胞共培养于含AA的培养基中,经嘌呤霉素筛选后,检测迁移和侵袭能力以及五个核心基因的表达变化。

5

药物筛选和动物模型验证

筛选对UTUC高风险组有效的药物,并验证TKI类药物对炎症性纤维化的作用。

利用CTRPv2和PRISM数据库进行药物敏感性分析,结合风险模型评分,筛选出候选药物;用CMap验证;在AA肾病小鼠模型中验证Erlotinib的抗纤维化作用。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
TRIzol®试剂Invitrogen--
NovoScript® Plus 一步法第一链cDNA合成SuperMix(去除gDNA)NovoproteinE047
NovoStart® SYBR两步法qRT-PCR试剂盒NovoproteinE093
QuantStudio Three实时荧光定量PCR系统Thermo Fisher--
RIPA裂解液Solarbio--
BCA蛋白定量试剂盒Solarbio--
PAGE凝胶快速制备试剂盒Epizyme--
硝酸纤维素膜Millipore--
Odyssey CLx红外成像系统Gene Company Limited--
高糖DMEM培养基----
胎牛血清----
青霉素和链霉素----
马兜铃酸SJ-MN0173, Shandong Sparkjade Biotechnology Co., Ltd.--
嘌呤霉素TargetMolT19978
Transwell小室(8μm孔径)Corning Inc.--
厄洛替尼TargetMolT0373
pWZL-Blast-Flag-HA-hTERT逆转录病毒载体Addgene22396
J82细胞系Procell--
UMUC3细胞系Procell--
BJ细胞ATCCCRL-2522

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
临床样本验证
UTUC和BC样本的数量(25例UTUC,25例BC用于表达验证),以及剩余44例UTUC样本的预后分析。
阅读提示:Methods 'RNA isolation and quantitative PCR' 和 Results 'Core differential molecules...' 部分。
细胞共培养实验
共培养比例(1:10),AA浓度(未明确),共培养时间(14天后更换培养基,继续培养7天,嘌呤霉素筛选24小时)。
阅读提示:Methods 'Cell co-culture' 部分。
动物模型
AA给药剂量(5mg/kg/d,7天),Erlotinib给药剂量(50mg/kg/d,2周),对照组(生理盐水)。
阅读提示:Methods 'Drug screening and aristolochic acid nephropathy mouse model drug validation' 部分。
风险模型
风险评分公式中各基因的系数,以及高低风险分组的界值。
阅读提示:Results 'Core differential molecules...' 和 Methods 'Survival analysis and risk model construction' 部分。