基于汇总数据的孟德尔随机化和单细胞RNA测序分析确定了与前列腺癌泛素化相关的关键基因
摘要 背景：研究表明，泛素化通过调节细胞活力、增殖和分化在肿瘤调控中起着重要作用。然而，泛素化相关基因（URGs）在前列腺癌（PCa）发病机制中的确切功能尚未完全阐明。本研究旨在检测与PCa中URGs相关的关键遗传标记，可能为精准治疗的发展提供新的方向。 方法：从公开可访问的数据库中获取与PCa相关的数据集。首先使用单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析方法确定关键的细胞亚型。随后筛选这些优先细胞群体中的差异表达基因（DEGs），并与泛素化相关的遗传标记相交，以识别潜在候选基因。通过基于汇总数据的孟德尔随机化（SMR）结合孟德尔随机化方法进行因果推断，以识别与PCa进展具有稳健因果联系的基因。进一步的机制探索包括共定位评估、药物靶点预测、计算机对接模拟和时间轨迹建模，以解码涉及PCa发病机制的生物通路。 结果：在PCa中，主要的细胞成分被确定为T淋巴细胞和上皮细胞，POLI和TRIM8作为与发病机制相关的主要遗传元素出现。这两个遗传标记通过eQTL和mQTL分析显示出对PCa发展的保护特性，表现出显著的比值比（POLI：OR=0.9385，95% CI=0.8982-0.9806，P=0.0046；TRIM8：OR=0.8648，95% CI=0.8118-0.9213，P<0.001）。共定位评估确认这些遗传位点与疾病病理生理学之间存在显著关联（后验概率>0.6）。药物预测确定盐酸司来吉兰为治疗候选药物，显示出有希望的结合亲和力（-11.3 kcal/mol）与POLI。上皮细胞和T细胞谱系的发育轨迹映射揭示了不同的细胞分化途径，分别分为11个和5个成熟阶段，伴有14个和11个表型亚型。TRIM8在细胞成熟过程中的不同阶段表现出特定的调控功能，在发育序列中显示出差异表达谱。 解释：本研究揭示了POLI和TRIM8是PCa发病机制中的关键分子靶标，为推进前列腺癌管理中的精准治疗策略提供了重要的分子见解。 关键词：前列腺癌，泛素化，基于汇总数据的孟德尔随机化，孟德尔随机化，单细胞RNA测序
- 引言 前列腺癌（PCa）在全球男性人群中是最常见的恶性肿瘤之一，是该人群癌症相关死亡的主要原因之一[1]。遗传易感性与疾病发病机制密切相关，而可改变的因素如性行为模式、富含脂质的饮食习惯、种族特征、空间流行病学和社会文化实践进一步影响其流行范围。当代临床管理策略包括观察等待协议、根治性手术切除（根治性前列腺切除术）、ADT方案、挽救性放疗/化疗干预以及利用现有治疗方法的组合疗法。尽管有多种治疗选择，但它们通常无法实现完全缓解，并且经常引起各种不良反应。这些限制主要源于对PCa进展中涉及的分子机制和核心调控通路的不完全理解。因此，全面探索PCa的分子机制并识别关键治疗靶点已成为重要的研究重点[2-4]。这些研究将有助于开发优化的治疗方案，最终改善临床结果和生活质量调整后的生存率。 翻译后修饰（PTMs）是指蛋白质在核糖体合成后针对氨基酸残基进行的生化改变。这些酶促过程不同于遗传编码，由细胞机器在翻译后介导。作为关键调节因子，PTMs控制蛋白质动态、稳定性和亚细胞分布，对信号网络和功能适应产生重大影响。这些调控机制显著影响肿瘤细胞的恶性增殖、转移扩散和治疗抵抗[5]。在PTMs中，泛素化是一种关键修饰，涉及将泛素（Ub）分子共价连接到底物蛋白，这是一种促进蛋白酶体靶向的标记机制[6]。泛素与蛋白酶复合体的协调作用建立了泛素-蛋白酶体轴（UPS），这是一个复杂的蛋白质稳态网络，调节选择性蛋白质周转。该系统在调节蛋白质组完整性、信号转导级联和转录调控方面表现出显著的特异性[7]。许多研究表明，泛素化在调节PCa细胞的生存、增殖和分化中起着重要作用[8]。研究表明，核Dbf 2-Related 1（NDR1）/F-box蛋白11（FBXO11）通过促进磷酸化β-连环蛋白的泛素化抑制PCa转移[9]。此外，研究发现泛素偶联酶E2 N（UBE2N）通过促进轴抑制蛋白1（Axin1）的泛素化增强PCa细胞的存活和糖酵解[8]。因此，研究PCa中的泛素化对于早期诊断和PCa患者的靶向治疗至关重要。 孟德尔随机化（MR）利用遗传多态性推断暴露与疾病表型之间的因果关系[10]。这种方法利用种系变异作为工具变量，以减轻传统观察研究中固有的混杂偏差和逆因果关系。一种互补的方法，基于汇总数据的孟德尔随机化（SMR），将来自表达/蛋白质/甲基化定量性状位点（eQTL/pQTL/mQTL）研究的联盟级数据与全基因组关联分析（GWAS）整合，以评估转录调控、表观遗传修饰和蛋白质组变异的表型效应[11,12]。MR和SMR方法的协同应用通过确认初始相关性筛选中识别的假设关联，增强了因果推断的有效性，从而加强了研究结论并为转化应用建立了坚实的基础。 在这项研究中，初步探索利用了来自GEO和GWAS目录平台的数据集。通过系统整合单细胞转录谱分析、差异基因表达评估、SMR检查和孟德尔随机化方法，识别了与前列腺癌发生中泛素化过程相关的关键遗传标记。后续阶段涉及通过共定位评估、相互作用网络构建、药物易感性预测和计算配体-受体对接模拟对这些候选基因进行多层次的机制探究。在细胞分辨率水平上，关键生物标志物的空间表达模式被定量绘制，并辅以细胞间信号网络重建、通路富集分析、伪时间发展建模和定义细胞亚型的有丝分裂期分布特征。这一多维度分析框架为阐明前列腺恶性肿瘤的分子发病机制建立了创新范式，同时为临床管理的治疗开发提供信息。
