基于多组学分析的食管鳞癌早期分子标记研究

批准号：

82073290

项目类别：

面上项目

资助金额：

55.0 万元

负责人：

苏敏

依托单位：

汕头大学

学科分类：

肿瘤学研究临床转化

结题年份：

2024

批准年份：

2020

项目状态：

已结题

项目参与者：

苏敏

关键词：

癌变早期分子标记纳米技术多组学 C06_食管肿瘤

项目摘要

结项摘要

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中文摘要

广东潮汕乃一罕见的南方沿海食管癌高发区，食管癌严重危害潮汕人民生命与健康。课题组十年收集到一批癌变各阶段珍贵病理样本，首先绘制出食管鳞癌癌变遗传变异图谱(发表在胃肠病顶级刊物Gastroenterology)，进而对不同阶段癌变标本进行了转录组、甲基化以及微生物组测序，初步确立感染、炎症与癌变的关联，并筛选出一组癌变候选驱动基因与菌群变化特点。本项目拟对前期筛选出各阶段病理标本进行高通量蛋白质组学检测，利用前期基因组、转录组、表观遗传、微生物组学等测序数据，结合系统生物学手段和临床信息，进行多组学联合分析与应用，初步揭示食管癌发生发展过程中的分子生物学机制，阐述癌变各阶段的变异特点，并从中筛选出候选癌变早期分子标记。最后将纳米材料技术与候选标记物结合，通过纳米探针与食管癌循环肿瘤细胞液体活检技术在临床样本中对早期分子标记进行筛查与验证，为精准医学背景下食管癌早期诊断方法提供依据和新思路。

英文摘要

Among the southern coastal area, Chaoshan is a rare high incidence of esophageal squamous cell carcinoma (ESCC), seriously threatening local people’s lives and health. We have collected a batch of precious pathological samples from each stage of carcinogenesis in the past ten years. Firstly, we present the preliminary exploration of genomic variations in the multistage carcinogenesis of ESCC which published in the journal Gastroenterology. Then we performed transcriptomic, epigenetic, and microbiomic sequencing on different stage samples. We have primarily established the correlation among infection, inflammation and canceration. Also we have screened several candidate driver genes and summarized the characteristics of microbial changes. In this project, we intend to conduct high-throughput proteomics testing on our pre-screened specimens at different pathological stages, by integrating analysis with our genomic, transcriptomic, epigenetic, and microbiomic sequencing data, combined with systems biological methods and clinical information, to conduct multi-omics analysis and applications, in order to initially reveal the molecular biological mechanism in the development of esophageal cancer, elucidate the characteristics of variations in different carcinogenesis stages, and select candidate molecular markers for early carcinogenesis. Finally, we will combine nanomaterial technology with candidate markers, to screen and verify early molecular markers in clinical samples through nanoprobes and liquid biopsy technologies of detecting esophageal cancer circulating tumor cells, to propose new ideas and provide basis for early diagnosis methods of esophageal cancer in the context of precision medicine.

我国尤其是南方沿海的潮汕地区是食管鳞癌的高发区，但由于食管癌初始阶段缺乏症状，其早期诊断仍具有挑战性。食管癌变的多阶段过程中关键分子的驱动起到了至关重要的作用，本研究围绕食管癌变过程中的分子机制及早期诊断标志物展开，结合多组学测序技术，深入探讨了食管鳞癌（ESCC）及其癌前病变的分子特征。首先，通过对食管癌变不同阶段的蛋白质组学、转录组学和甲基化测序分析，揭示了食管癌变过程中蛋白质表达、RNA表达及甲基化水平的动态变化。研究发现，食管单纯性增生阶段已出现显著的差异表达蛋白，主要富集于补体相关通路、NF-κB信号通路等；而上皮内瘤变（IEN）和食管癌组织的蛋白质组学特征相似，主要富集于剪接体、细胞周期和DNA损伤修复等通路。转录组学分析进一步表明，IEN阶段与炎症、免疫相关，而肿瘤阶段则主要富集于DNA损伤与修复通路。蛋白质组与转录组联合分析，食管鳞癌组、上皮内瘤变组中，转录组和蛋白质组之间的相关性系数分别为0.35、0.26。甲基化测序结果显示，随着癌变程度加重，总甲基化水平降低，启动区甲基化水平升高，差异位点显著增加。其次，在4-NQO诱导的小鼠食管癌模型，验证了人体癌变过程中的分子变化，与人类食管癌变过程具有相似性。在早期诊断标志物的筛选与验证方面，本研究通过多组学分析筛选出5个拷贝数变异基因（SOX2、PIK3CA、MYC、CCND1、EGFR），并建立了基于数字PCR（ddPCR）的早期检测模型，结果显示该模型在食管鳞癌及其癌前病变的早期筛查中具有显著的临床应用价值（AUC>0.92）；在金纳米棒标记的mRNA探针（SOX-2、c-Myc）在癌细胞分选中表现出一定的潜力，但特异性仍需进一步优化；基因组拷贝数变异扩增与蛋白质组学表达升高趋势一致的CUX1分子，通过免疫组化、RT-qPCR、FISH初步证实了在食管癌变过程中CUX1出现了扩增现象，其意义与功能待进一步验证。此外还探讨了食管胃交界处-贲门癌前病变的表观遗传与转录特征，发现OLFM4基因在肠化生和上皮内瘤变中表达显著增加，可作为风险预测的候选指标。同时，通过对食管和贲门多发肿瘤的基因组分析，揭示了其多中心起源和转移模型的基因组异质性。总之，本研究通过多组学联合分析，揭示了食管癌变过程中的关键分子机制，筛选并验证了多个潜在的早期诊断标志物，为食管癌的早期筛查和精准治疗提供了重要的理论依据和实验基础。