多组学研究在库欣综合征临床诊疗中的应用前景.docx

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1、多组学研究在库欣综合征临床诊疗中的应用前景库欣综合征（CushingFsyndrome,CS）,也称皮质醇增多症，是一组因下丘脑-垂体-肾上腺轴调控异常，导致肾上腺皮质分泌过多糖皮质激素的临床综合征。过量糖皮质激素的持续性暴露可引起人体多种代谢紊乱和内分泌异常，并进一步增加心血管疾病、特殊病原体感染等疾病风险，致使其病死率增高、生活质量降低。CS的发病率估计为每年每百万人025.0例，在不同人群中的患病率为每百万人39-79例比2,3,41o根据病因，CS可分为促肾上腺皮质激素（AeTH）依赖性（约占80%）与AcTH非依赖性（约占20%）。ACTH依赖性CS中最常见的病因是垂体ACTH瘤（又

2、称库欣病），其次是异位AcTH综合征；ACTH非依赖性CS的主要病因是肾上腺皮质肿瘤，且多为单侧，ACTH非依赖性肾上腺皮质大结节样增生（ACTH-independentmacronodularadrenalhyperplasia,AIMAH）和原发性色素沉着结节性肾上腺皮质病（Primarypigmentednodularadrenaldisease,PPNAD）都较为罕见。CS的病因众多、复杂性较高、临床表现各异、发病机制不明确，这对临床诊断和治疗都造成了莫大的挑战。近年来，随着高通量分子生物技术的快速发展，可利用不同组学技术从不同层面对CS的发病机制、分类分型、诊断以及治疗展开研究。目前

3、对CS的研究主要基于基因组学、表观基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学技术。基因组学侧重于识别与疾病、治疗反应或未来患者预后相关的遗传变异；表观基因组学研究DNA或DNA相关蛋白质的可逆修饰的全基因组表征；转录组学对全基因组转录情况以及转录调控规律进行研究；代谢组学对生物体内所有代谢产物（如氨基酸、脂肪酸、碳水化合物等）进行定量分析，反映疾病状态下的代谢特征。随着多种组学研究技术日渐完善，在CS临床诊疗中的应用前景、发展方向值得内分泌科及相关科室临床医生进一步探讨和关注。一、CS与基因组学基因组学针对人类基因组构成、基因结构与功能关系及表达调控进行研究。自2001年第1版人类基因组图谱发布

4、，不断发展的检测和分析技术使研究者得以从基因组维度解析生理和疾病状态下的生物学过程。基因组学已在临床工作中广泛应用，高通量测序技术极大地推动了疾病的病因及遗传学诊断，也促进了复杂疾病的风险因素预测，是精准医学与个体化诊疗的技术平台。1.垂体源性CS：垂体瘤具有一定遗传性发病的特征，完善的基因诊断有助于实现高危人群的筛查以及个体化治疗。在体细胞水平上，近半数的垂体ACTH瘤中可以发现泛素特异性蛋白酶8(USP8)基因突变78,9ioL此外,BRAF.USP48、ATRX以及TP53基因体细胞突变与垂体ACTH瘤亦有一定相关性12,13,14,15,垂体ACth瘤的遗传致病基因尚未完全阐明。一项研

5、究纳入245例库欣病患者(其中儿童患者占总数的93.9%)进行全外显子测序，其中12.2%的患者发现存在种系突变，其中包括USP8(7.3%)MENl(2.9%)TSC2(2%)、CDKNlB(1.6%)CABLES1(1.2%)SDHA(1.2%)SDHD(0.8%)AIP(0.4%)DICERl(04%)、NR3C1(0.4%)、PRKAR1A(0.4%)、TP53(0.4%),USP48(0.4%)等基因参与遗传性垂体瘤的发病机制。2,肾上腺源性CS：皮质醇分泌型肾上腺皮质腺瘤(CortiSOl-producingadrenocorticaladenoma,CPA)是最常见的AeTH非依

6、赖性CS的病因,cAMPPKA信号通路与CPA发病密切相关CPKA催化Cl亚基(PRKACA)突变是导致CPA最常见的基因突变，其中最常见的变异是pLeu206ArgB。此外，在散发性肾上腺皮质肿瘤中也存在GNAS和PRKAR1A基因的体细胞失活突变地0这两个基因的遗传突变导致CAMP/PKA通路信号传导增强，激活不同的下游效应因子。高通量测序结果提示PRKACA基因突变型CPA与GNAS和CTNNBl基因突变型CPA的基因表达差异，PRKACA突变型CPA分泌更多皮质醇这项研究使得对CPA相关发病机制的认识更为深入，从而为CPA患者提供更为精准的治疗方法。AlMAH和PPNAD均为CS的罕见

7、病因，相关基因突变增强了CAMP/PKA通路活性，包括PDEllA.PDE8B.GNASl基因突变。近年研究结果显示，ARMC5的种系变异与AIMAH的发病机制相关，所占比例在21%-26%t221。大多数携带ARMC5突变者患有肾上腺源性CS,与预测为良性或不携带ARMC5突变者相比，皮质醇高分泌情况更为严重。此外，在多个AIMAH的家系中使用全外显子组测序技术确定携带致病突变一KCNJ5基因G151R变异的细胞比例，结果显示种系DNA中存在非常低水平的嵌合体（v.5%）,而肾上腺病变的细胞均携带有致病突变，这一发现对患者预后和家系风险预测具有重要意义】肾上腺皮质癌（adrenocortic

8、alcarcinoma,ACO是源自肾上腺皮质的罕见恶性肿瘤，以往研究已经阐明易患ACC家族综合征的遗传特征，如胰岛素样生长因子2（IGF-2）、Wnt通路和p53通路的相关变异分别参与ACC的发生发展L高通量测序不断革新加速，作为新兴的遗传学筛查和诊断技术，显著提升了对遗传学标志物及疾病分子机制的认识，为CS的诊疗开辟了新的视野。外显子组测序可用于具有明确临床表型但在已知致病基因一代测序中未识别出变异的患者，探寻新的致病变异，为疾病的发病机制提供研究线索，为精准诊断和个体化治疗提供依据。高通量测序过程中产生的大量基因组信息，也给精准医疗带来了新的机遇，还需要不断学习和理解遗传变异的内涵，与患

9、者临床表型及激素水平等特征相结合，更好地为患者的个体化治疗带来更大的价值。二、CS与表观基因组学表观基因组学是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究，主要研究DNA序列上的可遗传修饰，包括DNA甲基化、组蛋白修饰及非编码RNA调控。这些表观遗传修饰可改变相关基因表达，进而影响疾病的发生发展。个体表观遗传识别有助于疾病诊断、预测和预后生物标志物及药物靶点选择。外周血甲基化图谱分析表明，过量的糖皮质激素导致DNA甲基化水平降低C24O这一机制可能通过影响CS患者FKBP5基因表达水平介导其并发症发生,例如糖皮质激素相关性高血压或骨质疏松症等C250长期高水平糖皮质激素的暴露可能通过调控全基因组DNA

10、甲基化水平重塑表观遗传126。这一机制可能部分解释既往临床研究发现的问题，即在CS长期缓解之后，部分患者仍存在持续心脏代谢风险，并伴有腹部脂肪堆积和全身性轻度炎症,28,29,30。此外，DNA甲基化谱具有分型意义，可用于区分垂体腺瘤的3种主要亚型（无内分泌活性腺瘤、生长激素分泌型腺瘤和AcTH分泌型腺瘤）。与具有内分泌活性的垂体腺瘤相比，无内分泌活性的垂体腺瘤具有更高水平的DNA甲基化。研究证明，即使在无USP8基因突变的环境下，启动子区域的低甲基化也可驱动库欣病的垂体肿瘤中促阿片黑素细胞皮质素原（proopiomHanocortin,POMC）过度表达，POMC作为ACTH的前体蛋白，其过

11、度表达直接导致血清皮质醇水平升高C31。表观基因组通过整合遗传信息与环境一起影响细胞的功能相关信号通路，着眼于决定细胞状态和表型的组织类型、环境和时间的动态变化等表观基因组因素,对于揭示表观基因组改变引起疾病或其他表型差异的机制有重要的意义。同时表观基因组不涉及DNA序列水平的改变，呈现高度动态的特征，有助于揭示疾病、环境以及组织随着时间对基因调控的影响，对CS诊断生物标志物或精准治疗干预的靶标具有潜在价值。三、CS与转录组学转录组学在整体水平上研究细胞中所有基因转录及转录调控规律，是连接基因组与蛋白质组的纽带，其原理是利用新一代高通量测序技术，检测特定组织或器官在某一状态下所能转录出来的所有

12、RNA的总和，有助于了解疾病发生发展过程中基因表达情况，进而从转录水平揭示生理及疾病状态下的代谢网络及调控机制。通过转录组测序研究发现转录因子基因ASCLl在USP8突变型和野生型垂体ACTH瘤中异常过表达。ASCLl促进AcTH过度分泌和肿瘤发生，直接调控小鼠垂体瘤AtT-20细胞中的POMC表达水平。值得注意的是,ASCLl抑制剂在AtT-20细胞和原代垂体肿瘤细胞中均表现出有希望的疗效。ASCLl过表达与库欣病患者垂体肿瘤体积较大和ACTH高分泌有关，这一研究结果进一步解释了库欣病的发病机制，且提示ASCLl是库欣病的潜在治疗靶点，为未来的临床转化和应用提供了初步的理论依据【32】。另有

13、研究关注ACTH的前体蛋白POMC,其编码基因POMC的第二启动子位于POMC基因内含子2/外显子3连接处附近，该区域包含CREB（一种甲基化敏感的转录因子）的结合位点。研究表明，CREB的结合在POMC转录中发挥关键作用，对于不同类型的表达ACTH的肿瘤，其临床表型与第二启动子的甲基化水平相对应。POMC第二启动子在正常垂体组织中部分甲基化，在库欣病的垂体肿瘤组织中高度去甲基化，POMC第二启动子可能是治疗库欣病、抑制AeTH过量分泌的潜在靶点转录组学可以提供全面的基因表达谱信息，提示特定调节基因的作用机制。通过转录组差异表达谱的建立，有可能探究CS精准治疗的新药靶点，预测CS患者预后及转归

14、。通过这种基于基因表达谱的分子标签，不仅可以辨别细胞的表型归属，还可以用于疾病的诊断，表达谱中的特征性分子标志物有可能参与疑难CS诊断。四、CS与蛋白质组学蛋白质组学研究细胞或组织动态变化的蛋白质组成成分、表达水平、翻译后修饰状态以及蛋白互作网络，进而了解疾病的发生发展。从基因改变到蛋白质层面执行功能要经历一系列生物学调控过程，其中转录后以及翻译后调节修饰均会对实际效应蛋白产生影响。因此蛋白质组表型与基因组数据可互为补充，为疾病的精准分型与个体化治疗、预后判断提供新思路。一项多组学整合研究通过蛋白质-代谢物联合通路分析，发现差异表达的蛋白质和代谢物在垂体ACTH瘤的糖酵解/糖异生、丙酮酸代谢、

15、三竣酸循环和脂肪酸代谢途径中显著富集。蛋白质组学分析结果进一步表明，MyC信号传导深度参与该病的代谢改变。MyC是肿瘤细胞糖酵解的主要诱导剂，促进了关键糖酵解酶的表达。在垂体ACTH瘤中，MyC信号通路中乳酸脱氢酶A和磷酸甘油酸酯激酶1等糖酵解酶的表达降低，这与在该肿瘤类型中观察到的糖酵解代谢抑制相一致。这提示Myc信号通路可能参与调节垂体ACTH瘤的糖酵解过程匕用。从蛋白质角度看多数疾病存在不同程度的蛋白质表达异常，在CS发生发展的不同阶段，即使在没有任何症状的亚临床阶段，在蛋白质水平上很可能已经发生了变化，从而影响到机体的功能。通过蛋白质组学，挖掘CS相关的肿瘤代谢通路，为了解疾病发生发展

16、机制、寻找药物治疗靶点、制定个体化治疗方案提供新思路。五、CS与代谢组学代谢组学是继基因组学和蛋白质组学后发展的重要组学研究，可以定量识别小分子生物活性代谢物，反映疾病状态下的代谢特征，筛选生物标志物。代谢组学分析具有较高的灵敏度及特异度，且方法相对经济简单，更易应用于临床。代谢组学研究发现的生物标志物可用于疾病早期诊断，并为临床疾病治疗提供新方向。代谢组学研究发现，CS患者共有93种代谢物发生显著改变，其中含硫氨基酸、甘油三酯、甘油磷脂、神经酰胺和胆固醇酯水平显著升高；必需和非必需氨基酸、多不饱和脂肪酸、结合胆汁酸和第二信使甘油脂类水平降低，其中多种代谢物构成的代谢特征可用于CS患者的分类匕510对于垂体ACTH瘤，共涉及8条主要代谢途径的改变：（1）丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢（受影响最大的代谢途径）；（2）维生素B代谢；（3）赖氨酸生物合成；（4）喋吟代谢；（5）氨基糖和核苜酸糖代谢途径；（6）糖酵解和糖异生