甲状腺乳头状癌中差异甲基化基因位点筛选及其在疾病发生中的作用
2024-11-30 00:00:00马鹏
科学导报 2024年76期
甲状腺乳头状癌（PTC），作为甲状腺癌中最为常见的分类，占据了所有甲状腺癌病例的85%比例。尽管大部分PTC患者预后趋向乐观，但不可忽视的是，一部分患者仍面临病情进展、转移及术后复发等严峻挑战。现有国内外研究资料指出，PTC的发病与发展过程与若干关键基因的特异性甲基化异常紧密相关，这一系列发现为深入理解PTC的病理机制开启了新的视角。近年来，表观遗传学领域的研究成果特别强调了DNA甲基化在癌症进程中的核心作用，尤其是它如何通过调控基因表达机制来影响肿瘤的起始与演变。当DNA甲基化模式出现异常时，会直接干扰基因的正常表达水平，或增或减，从而在根本上调节着肿瘤的发生和发展动态。本项研究的核心目标，在于从PTC患者群体中鉴别出那些与疾病进程紧密相连的差异化甲基化基因位点，通过剖析这些位点在疾病状态中的具体功能角色，并进一步评估它们作为早期诊断标识物的可行性和科学价值。
一、研究方法
本研究采纳了病例对照的研究设计，搜集了20余例初次确诊的甲状腺乳头状癌（PTC）病患的肿瘤组织与毗邻正常组织样本。这些样本源于未经任何预处理、确诊为PTC的患者，并经手术后病理学检查进一步确证。研究选取了18份样本，运用Illumina HumanMethylation450 BeadChip技术平台进行了全基因组范围的DNA甲基化状态分析，旨在获取详尽的甲基化数据。初期步骤涉及对甲基化数据分析的标准化处理，并借由R软件环境中的随机森林分类方法，辨识出差异显著的甲基化位点，标准设定为统计学意义P值低于0.05及甲基化水平变化幅度不小于0.2。接着，我们对相同批次的样本执行了全基因组RNA表达水平的芯片检测，以发掘表达有显著差异的基因群。通过整合Gene Ontology（GO）及KEGG途径富集分析，我们深入探讨了在PTC疾病进程中起到核心作用的基因与信号传导路径。对于浮现出的潜在目标基因，我们实施了实时荧光定量PCR与蛋白质印迹法，分别在信使RNA及蛋白质层面上予以验证。利用受试者工作特征（ROC）曲线分析，我们系统评估了这些差异甲基化基因作为PTC早期诊断生物标志物的鉴别能力。
二、结果
依据表1所示数据，我们通过全基因组范围内的甲基化芯片技术鉴定了4995个差异显著的甲基化位点，其中占比88%的位点分布于非启动子序列之外。为进一步探究这些位点的功能意义，我们实施了全基因组水平的RNA表达谱分析，甄别出185个与甲基化程度呈现负相关的基因及38个正相关的基因。在此基础上，我们深化了对若干关键基因的甲基化状况与其表达异常之间关联的验证工作。细致分析揭示，诸如ERBB3、FGF1、HMGA2、GABRB2及FGFR2等基因，在甲基化水平变化（分别记为0.35、0.40、0.28的ΔBeta值）及基因表达层面均展现出显著变异。这些变化在实时荧光定量PCR与蛋白质印迹实验中得到了实证。此外，通过接受者操作特征（ROC）曲线评估，上述基因的区分辨别能力（以曲线下面积AUC衡量）分别为0.91、0.93、0.89、0.88及0.92，有力地证明了它们作为甲状腺乳头状癌早期诊断生物标志物的高潜力和临床价值。综合表1所列信息，可以明确指出这些关键基因在甲状腺乳头状癌的发展进程中扮演着核心调控角色，并有望成为该病早期识别的重要靶标。
三、讨论
本项研究工作聚焦于甲状腺乳头状癌（PTC）的遗传学特征，通过实施全面的全基因组甲基化状态评估与RNA表达模式剖析，我们有效地辨认出了4995个差异显著的甲基化位点，大部分这些位点分布于基因的非启动序列之中。研究揭示了185个基因的甲基化程度与基因表达呈现强烈负相关，而38个基因则显示出正相关，这一发现深化了我们对PTC病理机制的认知。特别地，诸如ERBB3、FGF1、HMGA2、GABRB2及FGFR2等核心基因，其在甲基化及表达量上的显著变异，强烈暗示它们在PTC的病发与演进进程中扮演着关键角色。我们利用实时荧光定量PCR与蛋白质免疫印迹技术，进一步确认了这些基因在转录与翻译水平上的显著异常，增强了在甲状腺癌背景下这些发现的可靠性。此外，受试者工作特征（ROC）曲线分析揭示，这些基因展现出了高面积下曲线值（AUC），例如，ERBB3达到0.91、FGF1达到0.93，有力证明它们作为探查PTC的早期生物标志物具有高度的诊断敏感性和特异性。综合上述实验数据，我们有理由推测，ERBB3、FGF1等相关基因有望成为PTC早期诊断与治疗干预中的重要分子靶标。
本研究透过精确实证与PTC关联的DNA甲基化现象，为探究其病理机制开辟了新视野。此举不仅深化了对PTC病理机制的理解，亦有望发掘出新颖的分子诊断指标，为PTC的早诊与治疗策略提供新靶标，进而提升治疗成效及患者存活率。此外，研究揭示的部分差异甲基化基因，其潜力不仅局限于PTC，也可能为其他肿瘤类型的研究提供参考与启示。然则，受限于当前样本容量较小，未来研究扩大样本规模以强化这些标志物临床效用的验证显得尤为重要。此外，深入的功能性研究将有助于阐明这些基因在PTC病理进程中的具体功能途径，为构建更为高效的治疗方案打下坚实的理论与实践根基。
基金项目：山西省大健康产业高质量发展科研专项课题（编号：DJKZXKT2023033）。
（作者单位：山西白求恩医院）
