“跳跃基因”帮助发现前列腺癌中的 PTEN 协同抑癌基因

一、研究背景：PTEN 缺失的肿瘤中还有未知基因

PTEN 是人类恶性肿瘤中常见的抑癌基因。它的突变频率很高，排名第二。PTEN 失去功能后，PI3K-AKT 促癌通路会一直被打开。这样会推动前列腺癌、乳腺癌等多种肿瘤发生和发展。

但是，临床基因组测序还有不足。它很难判断肿瘤中的基因突变是驱动突变，还是没有明显作用的乘客突变。它也很难说明多个基因怎样一起促进肿瘤发生。研究发现，只让 PTEN 失活，还不足以产生高侵袭性的恶性肿瘤。这说明还有很多重要基因没有被发现。这些基因可能和 PTEN 一起抑制肿瘤。所以，研究人员需要新的功能筛选方法。

为了解决这个问题，科研团队使用睡美人（SB）转座子系统，建立了一种小鼠筛选模型。这个模型可以同时让 PTEN 失活，也可以在全基因组中随机打断其他基因。

二、模型构建：两类转座子小鼠用于筛选

研究人员建立了两类小鼠品系。一类是 PSB 单拷贝转座子小鼠。另一类是PISB多拷贝转座子小鼠。两类小鼠可以互相对照。在 PSB 小鼠中，研究人员把SB转座子重复序列插入到 PTEN 5 号外显子的两侧。这个外显子编码 PTEN 的磷酸酶结构域。当转座子发生移动时，PTEN 会被敲除。同时，转座子会随机插入基因组中的其他位置，使其他基因失活。在 PISB 小鼠中，研究人员又加入了大约 35 个串联的失活转座子。这样可以让基因突变更快积累。

同时，所有小鼠都带有 Blm 突变。这个突变可以促进基因杂合性缺失，使肿瘤表型更明显。研究人员还设置了多组空白对照小鼠。之后，他们比较小鼠的肿瘤发生时间和病理类型。这样可以判断转座子突变和 PTEN 缺失是否一起促进肿瘤形成。

三、全基因组筛选：找到可能和 PTEN 一起抑癌的基因

团队一共收集了 278 例转座子诱导的肿瘤样本。这些样本来自前列腺、乳腺和皮肤。研究人员用高通量测序找到转座子插入的位置。然后，他们统计哪些基因中经常出现转座子插入。这些位置被称为共同插入位点，也就是 CIS。

数据分析显示，前列腺、乳腺和皮肤肿瘤各自有不同的突变基因。它们也有一些共同的突变基因。三类肿瘤共有 101 个共同插入位点。其中，有 7 个基因在所有实验组中都高频出现。这些基因包括已知抑癌基因 NF1 和 CUL3，也包括多个功能还不清楚的新候选基因。

之后，研究人员把小鼠筛选结果和 TCGA 人类前列腺癌数据库进行比较。结果显示，这些候选基因和人类前列腺癌中发生纯合缺失、表达降低的基因高度重合。这说明，这个小鼠模型可以模拟人类前列腺癌的发展过程。这个过程包括从上皮内瘤变到侵袭性腺癌。

四、体外功能验证：5 个候选基因和 PTEN 一起抑制肿瘤

研究人员选择了 5 个候选基因做细胞实验。这 5 个基因是 ZBTB20、CELF2、PARD3、AKAP13 和 WAC。

这些基因在多种肿瘤中经常发生突变。但在这项研究之前，它们还没有被证明参与前列腺癌抑制。

研究人员在人永生化前列腺上皮细胞 BPH-1 和 RWPE-1 中分别沉默这些基因。单独沉默这些基因后，细胞侵袭能力只轻微上升。但是，如果同时沉默候选基因和 PTEN，细胞侵袭能力会明显增加。转录组测序进一步显示，双基因共同沉默会打开多个促癌通路。这些通路包括上皮间质转化、MYC 通路和 PI3K-AKT-mTOR 通路。

同时，双基因共同沉默会抑制一些抑癌相关通路。这些通路包括雄激素受体信号和 DNA 损伤应答。

这些结果说明，ZBTB20、CELF2、PARD3、AKAP13 和 WAC 可以和 PTEN 一起抑制前列腺癌细胞的恶性侵袭。

五、临床样本分析：5 个基因可能用于判断前列腺癌预后

研究人员使用 TCGA 和 Taylor 两个人类前列腺癌临床队列，分析这 5 个基因的临床价值。数据显示，和良性前列腺组织相比，ZBTB20、CELF2、PARD3、AKAP13 和 WAC 在原发肿瘤中的 mRNA 表达明显降低。

在发生远处转移的肿瘤样本中，这 5 个基因的表达水平进一步降低。同时，这 5 个基因的表达量都和 PTEN 表达量呈明显正相关。也就是说，PTEN 表达高时，这些基因的表达也较高。PTEN 表达低时，这些基因的表达也较低。

生存分析显示，肿瘤组织中这 5 个基因低表达的患者，无复发生存时间明显缩短。这说明，这 5 个基因可能可以作为前列腺癌预后判断的分子标志物。

六、重要发现：WAC 的作用和基因剂量有关

WAC 是一个和细胞自噬有关的基因。这个研究发现，在 PTEN 缺失的背景下，WAC 的作用和基因剂量有关。在前列腺特异性 PTEN 纯合缺失小鼠中，如果 WAC 只缺失一个拷贝，前列腺肿瘤体积会明显变大，肿瘤进展也会加快。

但是，如果 WAC 两个拷贝都被敲除，肿瘤生长反而会受到抑制。这个现象和自噬在肿瘤中的双重作用有关。当 WAC 只缺失一个拷贝时，基础自噬会减弱。这样会削弱早期对肿瘤发生的抑制作用。当 WAC 两个拷贝都缺失时，自噬代谢通路会被完全阻断。这样晚期肿瘤就不能通过自噬获得足够的营养支持，肿瘤生长反而会变慢。

参考文献：

[1] de la Rosa J, Weber J, Friedrich MJ, Li Y, Rad L, Ponstingl H, Liang Q, de Quirós SB, Noorani I, Metzakopian E, Strong A, Li MA, Astudillo A, Fernández-García MT, Fernández-García MS, Hoffman GJ, Fuente R, Vassiliou GS, Rad R, López-Otín C, Bradley A, Cadiñanos J. A single-copy Sleeping Beauty transposon mutagenesis screen identifies new PTEN-cooperating tumor suppressor genes. Nat Genet. 2017 May;49(5):730-741. doi: 10.1038/ng.3817. PMID: 28319090; PMCID: PMC5409503.