端粒通路基因遗传变异与前列腺癌易感性及预后的关联研究

摘要

前列腺癌严重威胁着男性的生命健康。2011年美国新发前列腺癌240890例，占所有肿瘤的25％。2010年全美有32050名男性死于前列腺癌，高居男性死亡原因第2位。2008年全世界范围内约有900000例新发前列腺癌。我国前列腺癌的发病率在近年来呈现持续快速增长趋势，以近10年的年均增加比例推算，2015年中国男性前列腺癌发病率将达到17.35/10万，位居中国男性泌尿生殖系统肿瘤发病率之首。
　　尽管发病率持续高企并且分布范围广泛，但前列腺癌形态学和生物学行为具有显著的异质性，对此合理的推断是前列腺癌生物学行为的多样性在很大程度上是潜在遗传异质性的反映。前列腺癌的发生机制至今尚未完全阐明，目前认为前列腺癌的发生、发展是基因与基因，基因与环境因素共同调控的复杂过程，属于多基因复杂疾病。人群中广泛存在的多态性遗传背景，赋予了个体不同的前列腺癌易感特性和疾病转归。因此，深入研究前列腺癌发生及预后相关的遗传背景因素，有助于我们从分子水平寻找前列腺癌发病的相关病因、探索其发病机制以及敏感、特异的预后指标。另一方面，环境危险因素的暴露在前列腺癌的发病过程中也具有重要作用，将环境暴露因素和基因遗传背景综合分析，是当前研究前列腺癌发生的合理模式。
　　端粒对于维护基因组完整性不可或缺，相关基因的编码产物在抑制细胞无限增殖方面发挥着重要作用，迄今为止的研究已证实端粒功能障碍贯穿前列腺癌的发生和发展的整个过程。我们有理由推测，影响端粒长度和端粒酶活性的基因功能性遗传变异均有可能促成或抑制前列腺癌的形成及进展，但目前端粒通路基因遗传变异在前列腺癌生物学机制中的作用仍不得而知，其中的易感基因、区域和功能机制尚待确认。
　　有鉴于此，我们将根据结合文献报道和数据库，采取以通路为基础的研究策略，从端粒通路相关基因遗传变异与前列腺癌易感性及预后的关联性出发，全面分析相关基因多态性在前列腺癌发生和发展过程的角色，探索基因和基因、遗传背景和环境因素之间的交互作用对前列腺癌发生及进展的影响，并尝试从基因转录、表达产物和细胞因子等水平，揭示和论证内在的分子生物学基础。
　　第一部分 端粒酶活性调控通路基因遗传变异与前列腺癌易感性及预后的关联研究
　　绝大部分的前列腺癌组织中可以检测到端粒酶活性，证实端粒酶被重新激活以维持前列腺癌肿瘤细胞无限增殖的能力，在肿瘤进展过程中同样起着重要作用。然而端粒酶活性调控通路基因的遗传变异与前列腺癌易感性及预后的关联性及机制尚未阐明。因此，我们设计了以候选基因为策略的病例-对照研究，首先在1015例前列腺癌患者和1052例健康对照男性中分析端粒酶活性调控通路中三个关键基因TEP1、TNKS、TNKS2潜在功能性遗传变异与前列腺癌发病风险的关系。然后在426例接受根治性前列腺切除术的患者中，采用Kaplain-Meier方法和多元Cox回归模型评估上述SNP与生化复发的关系，最后在此基础上分析各SNP与端粒长度的关系。
　　结果显示TEP1 rs1760904与前列腺癌发病风险相关，AG基因型携带者的前列腺癌发病风险仅为GG型的75％(95％ CI:0.62-0.91，P=0.003)。TEP1 rs1713418与年龄之间在前列腺癌致病作用中存在显著交互作用(P=0.005)。校正临床病理因素后我们发现，TEP1 rs1760904和TNKS2 rs1539042是根治性前列腺切除术后生化复发的独立预后因素。TEP1 rs1760904 AG基因型携带者术后生化复发危险仅为GG基因型携带者的53％(95％ CI:0.34-0.82，P=0.005)。与GG型携带者相比，TNKS2 rs1539042 CG基因型携带者的生化复发风险升高1.59倍，且这一效应在显性模型中更为显著(HR:1.64，95％ CI:1.09-2.46，P=0.019)。进一步的基因型-表型分析证实TEP1 rs1760904与端粒长度相关，AG/AA型携带者的获得长端粒的概率是GG型携带者的1.55倍(OR:1.55，95％ CI:1.04-2.30)。我们的研究结果提示TEP1基因的遗传变异可能在前列腺癌发生和进展过程中均起着重要作用，基于端粒酶活性调控通路基因的遗传背景分析有助于预测前列腺癌发病及生化复发风险，不仅能为早期诊断提供诊断依据，更有助于准确筛选能从术后辅助治疗中获益的患者。
　　第二部分 端粒长度维持通路基因遗传变异与前列腺癌易感性及预后的关联研究和功能论证
　　端粒功能异常导致前列腺癌发生和进展主要有两条关键途径:端粒长度极限缩短和端粒酶的异常激活。理论上，影响端粒长度的相关基因功能性遗传变异均有可能促成或抑制前列腺癌的形成及发展。目前虽然已有端粒长度与肿瘤发病风险及预后的相关报道，但相关调节基因遗传变异的作用机制尚不得而知。我们在第二部分中采用病例-对照研究方法，评估端粒长度维持通路中BICD1、PARP1、POT1和RTEL1等关键基因的潜在功能性遗传变异与前列腺癌易感性及预后的关系，分析基因型与表型之间的关系，并通过分子生物学手段进行功能学论证。
　　我们观察到RTEL1基因rs2297441和rs3208008两个位点的突变基因型携带者的前列腺癌发病风险明显升高(OR:1.44，95％ CI:1.08-1.93及OR:1.37，95％ CI:1.08-1.93)，并且根治性前列腺切除术后的生化复发危险度亦显著增加(HR:1.91，95％ CI:1.12-3.27及HR:1.79，95％ CI:1.04-3.08)。进一步的基因型-表型分析表明rs2297441和rs3208008两个位点的突变基因型个体获得长端粒的概率仅为野生型个体的58％和59％。荧光素酶报告基因实验证实rS2297441A等位基因可以增加hsa-miR-103与RTEL1基因3'UTR区域的结合能力。当rs2297441等位基因G转换为A时，最小自由能从-84.6转换成-85.5kcal/mol，并且改变了RTEL1 mRNA的二级结构。我们认为，端粒长度维持基因RTEL1的遗传变异与前列腺癌发生和复发相关，rs2297441不同等位基因改变了hsa-miR-103与RTEL1基因3'UTR区域的结合能力，最终影响了RTEL1基因的表达，进而影响了前列腺癌的发病风险。这一发现将有助于揭示前列腺癌生物学行为多样性背后的潜在机制，同时为前列腺癌的早期筛查和术后辅助治疗提供决策依据。
　　第三部分脂联素（ADIPOQ）基因遗传变异与前列腺癌易感性的关联研究
　　环境因素可能造成相似遗传背景个体前列腺癌发病风险的巨大差异。环境因素在前列腺癌发病机制中的作用，尤其是高脂肪摄入饮食、缺乏体力活动等引起的肥胖逐渐得到重视。肥胖通过氧化应激的作用加速端粒的消耗，加重炎症反应，促进组织细胞的老化，同时也是前列腺癌的重要危险因素。作为唯一的负性调节因子，低脂联素血症与肥胖、代谢综合征、和血脂代谢紊乱等密切相关。有趣的是，前列腺癌患者的脂联素水平也明显降低。本部分研究旨在通过检测ADIPOQ基因功能性遗传变异在前列腺癌患者与正常对照人群中的分布差异，分析其与前列腺癌发病风险的相关性，通过评估SNF与血浆脂联素的关系探索潜在的生物学机制，并探讨遗传背景和肥胖之间的交互作用对前列腺癌发病风险的影响。
　　结果显示ADIPOQ rs3774262各基因型在病例组和对照组中的分布频率差异有统计学意义(P=0.028)。与GG基因型相比，AA基因型携带者前列腺癌的发病风险降低约34％(95％ CI:0.48-0.92)。而该基因型的携带者患高级别、进展期前列腺癌的风险仅为AG或GG基因型携带者的48％及45％(OR:0.48，95％ CI:0.32-0.72及OR:0.45，95％CI0.29-0.70)。并且这种保护作用在低龄、正常体重或者无吸烟史的人群中更为明显。此外，我们还观察到rs3774262与肥胖之间存在显著交互作用，正常体重会进一步修饰基因型的保护作用。进一步的基因型-表型分析表明该SNP的保护基因型具有较高的血浆脂联素水平，这意味着脂联素可能是前列腺癌与肥胖之间的潜在分子介质。

目录

摘要

前言

第一部分 端粒酶活性调控通路基因遗传变异与前列腺癌易感性及预后的关联研究

研究背景

材料和方法

结果

讨论

参考文献

第二部分 端粒长度维持基因遗传变异与前列腺癌易感性及预后的关联研究和功能论证

研究背景

材料和方法

结果

讨论

参考文献

第三部分 脂联素(ADIPOQ)基因遗传变异与前列腺癌易感性的关联研究

研究背景

材料和方法

结果

讨论

参考文献

综述

附录一 主要缩略词中英文对照表

附录二 在读期间发表论文

致谢

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