撰文
Qi
#肿瘤#
转移性去势抵抗性前列腺癌（mCRPC）是一种对雄激素消融疗法产生耐药性的致命疾病，尽管靶向雄激素受体信号抑制剂（ARSI）可以抑制雄激素受体（AR）活性以提高生存率，但这种疗法最终还是以失败告终，且以神经内分泌（NE）分化和小细胞癌特征的难治性肿瘤发生频率显著升高。考虑到前列腺癌不同亚型对治疗的不同反应，治疗前对亚型进行区分还是很有必要的。
cfDNA已被证明可以作为一种获取CRPC肿瘤分子信息的非侵入性“液体活检”方案，大多数是受核小体保护的DNA，具有约bp的特征大小。最近的研究表明，cfDNA中转录起始位点（TSS）和转录因子结合位点（TFBS）的核小体占据可用于推断基因表达和转录因子（TF）活性。然而，核小体的定位和间距在活跃和抑制的基因调控中是动态的，与不同的前列腺癌转录调控相关的核小体模式目前仍未在cfDNA中进行详细探索。
近日，来自弗雷德·哈金森癌症研究中心的GavinHa团队和PeterS.Nelson团队在CancerDiscovery杂志上合作发表了一篇题为NucleosomepatternsincirculatingtumorDNArevealtranscriptionalregulationofadvancedprostatecancerphenotypes的文章，他们通过对一系列雄激素受体活性(ARPC)和神经内分泌(NEPC)前列腺癌的患者来源异种移植物的血浆循环肿瘤DNA（ctDNA）进行测序，以确定与转录调控相关的核小体模式，并开发了高准确度的可用于区分患者表型的预测模型，这些发现对癌症精准医学提供了诊断优势。
为了开发利用ctDNA对mCRPC进行精确分类的方法，作者首先从mCRPC、ARPC、NEPC和ARLPC（低AR且神经内分泌阴性）患者来源的异种移植（PDX）小鼠模型的血浆中提取cfDNA进行全基因组测序（WGS），利用CUTRUN分析H3K27ac、H3K4me1和H3K27me3组蛋白翻译后修饰（PTM），并利用核小体定相方法来提取核小体分布特征，通过多种方法构建一个多组学测序数据集以探索ctDNA是否可以预测不同肿瘤表型的转录调控特征（图1）。
图1.通过PDX模型匹配的肿瘤和液体活检来描述晚期前列腺癌
核小体预计可以稳定结合转录抑制区域，因而基因体中可能会出现更多周期性定相，相反活跃转录区可能表现的更加无序，因而作者开发了TritonNP工具以揭示与CRPC表型之间的转录活性相关的核小体周期性。比如，作者发现在NEPC中转录不活跃的HOXB13在ARPC中被积极转录，相较于前者bp的定相核小体间距而言，后者表现得更加无序。作者进一步对ARPC和NEPCPDX肿瘤差异表达的个TFs进行分析，发现其中的38个在两者的ctDNATFBS中具有显著不同的核小体可及性。之前的工作虽然报道了cfDNA与肿瘤组织整体染色质可及性保持一致，但是否可以用于区分肿瘤表型却不得而知。结合10个PDXATAC-seq数据（ARPC和NEPC各占一半），作者发现PDX肿瘤组织中的表型特异性开放染色质区域可以通过ctDNA核小体可及性图谱进行反映。
对患者血浆进行分析的一个重要挑战是造血细胞释放的cfDNA会对ctDNA进行“稀释”（即降低肿瘤分数），为了解决这个问题，作者开发了ctdPheno概率模型以对ARPC和NEPC进行准确分类。此外，临床上可能会出现表型异质性，尤其是转分化可以导致ARPC和NEPC或两者的混合病变。为了利用ctDNA样本对患者进行预测，作者开发了Keraon分析模型（和ctdPheno概率模型详细见文章方法部分），简单来说就是PDXctDNA和健康供体cfDNA数据，使用25×覆盖度模拟不同ARPC-NEPC混合物比例生成基准数据集，并利用个模拟表型混合物来验证这一方法准确估计混合组织学样本中出现的表型的潜力。随后，作者利用Keraon正确估计了具有ARPC临床表型的26个样本中的25个和全部5个NEPC样本，以及10个中的9个临床报道的存在ARPC和NEPC混合表型的样本。总之，作者观察到利用ctdPheno和Keraon评估的ARPC和NEPC为主的表型或混合表型的高准确率。
总之，这项工作表明大规模分析PDX小鼠血浆中的ctDNA可以促进对肿瘤调控的详细研究，结合本研究开发的预测模型，强调了ctDNA在调查肿瘤表型转录调控方面的实用性及其在癌症精准医学中的潜在诊断应用。
原文链接：