2025-07-28
文章題目：Targeted Bisulfite Sequencing Reveals DNA Methylation Changes in Zinc Finger Family Genes Associated With KRAS Mutated Colorectal Cancer
中文題(ti)目：靶向亞硫酸氫鹽測序（TBS）揭示與(yu)KRAS突變結直(zhi)腸癌相(xiang)關(guan)的(de)鋅(xin)指(zhi)家(jia)族基(ji)因DNA甲(jia)基(ji)化(hua)變化(hua)
發表期刊：Frontiers in Cell and Developmental Biology
影(ying)響因子(zi)：5.5
發表日期：2021年10月28日
研究背(bei)景
結直(zhi)腸癌（Colorectal cancer，CRC）是(shi)癌癥(zheng)(zheng)死(si)亡(wang)的(de)主要原因，早期診(zhen)斷(duan)(duan)(duan)CRC可顯著降低其死(si)亡(wang)率。先前的(de)研究(jiu)表(biao)明鋅指(zhi)基(ji)因（ZFGs）的(de)DNA甲基(ji)化(hua)(hua)(hua)狀態可能在CRC的(de)早期診(zhen)斷(duan)(duan)(duan)中具有潛在的(de)價值。而甲基(ji)化(hua)(hua)(hua)DNA測序技術(shu)正在從癌癥(zheng)(zheng)樣本中產生(sheng)大(da)量的(de)甲基(ji)化(hua)(hua)(hua)組數(shu)據，從這些數(shu)據中，癌癥(zheng)(zheng)相(xiang)關的(de)差異甲基(ji)化(hua)(hua)(hua)CpG位(wei)點（cDMC）被(bei)不斷(duan)(duan)(duan)地鑒定和存檔。盡可能多的(de)cDMC納入有助(zhu)于提高癌癥(zheng)(zheng)診(zhen)斷(duan)(duan)(duan)的(de)準確(que)性，有時還可以鑒定癌癥(zheng)(zheng)亞(ya)型。
研究思路
本研究首先(xian)收(shou)集了1426個(ge)全基(ji)(ji)因組(zu)(zu)DNA甲基(ji)(ji)化的公共樣本，包括(kuo)1104例(li) CRC腫(zhong)瘤(liu) ，54例(li)腺瘤(liu)和268例(li)癌旁細(xi)胞，聯合鋅指基(ji)(ji)因組(zu)(zu)數據進行甲基(ji)(ji)化差異分析；其(qi)次，采(cai)用TBS靶向甲基(ji)(ji)化測序技術在兩組(zu)(zu)CRC患者(zhe)中鑒定并驗證差異甲基(ji)(ji)化程度最高的ZFGs；最后，比較ZFGs和SEPT9在所有CRC患者(zhe)以及KRAS+和 KRAS-亞組(zu)(zu)中的診(zhen)斷(duan)能力。
圖(tu)1 本研究(jiu)技術流程圖(tu)
研究結果
1.鑒定5個鋅指基(ji)因(yin)為癌(ai)癥診斷候選(xuan)基(ji)因(yin)
對(dui)數(shu)據庫篩選出的1426個(ge)DNA甲(jia)基(ji)(ji)化樣(yang)本進行滑動窗口法(fa)計算及差異甲(jia)基(ji)(ji)化分析(xi)鑒定(ding)，獲得了5 個(ge)鋅指家族(zu)候選基(ji)(ji)因：ESR1、ZNF132、ZNF229、ZNF542 和 ZNF677。驗證結果顯(xian)示，這(zhe)五(wu)個(ge)基(ji)(ji)因在(zai)CRC和腺瘤(liu)組(zu)織(zhi)中均表現為顯(xian)著(zhu)(zhu)高甲(jia)基(ji)(ji)化，且與(yu) TCGA 數(shu)據集(ji)中的癌旁(pang)組(zu)織(zhi)相比(bi)，這(zhe)些(xie)基(ji)(ji)因在(zai)CRC腫瘤(liu)中的表達水(shui)平也(ye)顯(xian)著(zhu)(zhu)下調（圖2）。
圖2 5個候選(xuan)基(ji)因的甲基(ji)化水平(ping)及(ji)表達譜
2.通(tong)過靶向亞硫酸氫鹽(yan)測序證實(shi)候選鋅指基因(yin)的有效性
為(wei)進(jin)一步驗證候選基(ji)因(yin)(yin)，招募獲得了104名(ming)漢族CRC患(huan)者（隊列(lie)1）的(de)CRC腫瘤(liu)及癌旁組織進(jin)行靶向亞硫酸(suan)氫鹽(yan)測序(xu)檢測候選基(ji)因(yin)(yin)及已知CRC相關(guan)基(ji)因(yin)(yin)SEPT9的(de)甲(jia)基(ji)化譜。結果(guo)發現在(zai)所(suo)有樣本中5個鋅指(zhi)候選基(ji)因(yin)(yin)ESR1、ZNF132、ZNF229、ZNF542、ZNF677和SEPT9在(zai)CRC腫瘤(liu)中均表(biao)現為(wei)高甲(jia)基(ji)化水平（圖(tu)3）。
圖(tu)3 104個樣(yang)本中5 個鋅指基因(yin)和SEPT9的(de)甲基化譜
表1 本研究CRC患者特(te)征
3.結直腸(chang)癌患者KRAS突變狀(zhuang)態對診斷能力(li)的影響
除總體(ti)甲(jia)基化水平差(cha)(cha)異以外(wai)，評估了結(jie)(jie)直(zhi)(zhi)腸癌（CRC）樣本的(de)(de)(de)年齡、性(xing)別、腫(zhong)瘤分期、腫(zhong)瘤部位（結(jie)(jie)腸或(huo)直(zhi)(zhi)腸）及突變(bian)狀態（KRAS+或(huo) KRAS-）對診斷效(xiao)能(neng)的(de)(de)(de)影響(xiang)。結(jie)(jie)果(guo)顯示(shi)，在(zai)(zai)年輕/老(lao)年、男性(xing)/女性(xing)、早期/晚期分期及結(jie)(jie)腸/直(zhi)(zhi)腸亞組(zu)患者(zhe)中，診斷效(xiao)能(neng)均無顯著(zhu)差(cha)(cha)異，而攜(xie)帶KRAS+的(de)(de)(de)CRC患者(zhe)診斷效(xiao)能(neng)顯著(zhu)優(you)于KRAS-。層次聚類分析(xi)進一步表明(ming)，所有(you)誤(wu)判至對照組(zu)的(de)(de)(de)CRC腫(zhong)瘤均為KRAS-樣本，同時基于TCGA數據集檢測了鋅(xin)指(zhi)基因家族（ZFGs）在(zai)(zai)KRAS+與KRAS-中的(de)(de)(de)診斷效(xiao)能(neng)，結(jie)(jie)果(guo)一致顯示(shi)：KRAS+的(de)(de)(de)ZFGs診斷效(xiao)能(neng)顯著(zhu)高于KRAS-，表明(ming)KRAS+與KRAS-間(jian)存在(zai)(zai)顯著(zhu)的(de)(de)(de)甲(jia)基化差(cha)(cha)異（圖4）。
圖(tu)4 隊(dui)列1中KRAS+和(he)KRAS- 5個鋅(xin)指(zhi)基(ji)因及SEPT9的差異甲(jia)基(ji)化(hua)譜(pu)
4.獨(du)立復制隊(dui)列驗證KRAS突(tu)變與(yu)鋅(xin)指基因診斷能力(li)的關(guan)聯性
由于隊(dui)列1的(de)樣(yang)(yang)本(ben)量(liang)有(you)限，本(ben)研究額(e)外(wai)招(zhao)募了包含114例結直(zhi)腸癌（CRC）患者(zhe)腫(zhong)(zhong)瘤(liu)及配對癌旁組織的(de)樣(yang)(yang)本(ben)組（復制(zhi)隊(dui)列2）進行進一步(bu)驗證。結果一致表明，KRAS+和(he)KRAS-亞組之間存在甲基(ji)化譜(pu)的(de)顯著(zhu)差異，且(qie)被錯誤歸類為(wei)癌旁組織的(de)CRC腫(zhong)(zhong)瘤(liu)均屬于KRAS-亞組，這證實了KRAS+樣(yang)(yang)本(ben)具(ju)有(you)更高的(de)表觀遺傳學同質性（圖5）。
圖5 復制隊列2中(zhong)KRAS+和KRAS- 5個鋅指基(ji)因及(ji)SEPT9的(de)差異甲(jia)基(ji)化譜(pu)
5.鋅指(zhi)基因(yin)在結直(zhi)腸癌診斷中的診斷效(xiao)能優(you)于SEPT9
為篩選(xuan)更穩定(ding)的結直腸癌（CRC）診(zhen)斷候選(xuan)基因(yin)，本(ben)研究(jiu)整合了驗(yan)證隊列(lie)1和驗(yan)證隊列(lie)2的數據集。如(ru)圖6所示(shi)，ZNF132的診(zhen)斷能力(li)（敏感性(xing)=0.83，特(te)(te)異(yi)性(xing)=0.97，AUC=0.93）顯(xian)著(zhu)優于其他(ta)基因(yin)，包(bao)括SEPT9（敏感性(xing)=0.83，特(te)(te)異(yi)性(xing)=0.87，AUC=0.91）。此外，ESR1的診(zhen)斷能力(li)（敏感性(xing)=0.78，特(te)(te)異(yi)性(xing)=0.97，AUC=0.91）與(yu)SEPT9相當(dang)，表明這(zhe)兩(liang)個(ge)基因(yin)在CRC液(ye)體(ti)活檢中具有重要潛力(li)。
同時(shi)，我們利(li)用全部樣本評估了這些(xie)鋅(xin)指基因（ZFGs）在KRAS突變(bian)型(xing)（KRAS+）和KRAS野生型(xing)（KRAS-）亞組中的診斷效能(neng)。結(jie)果顯示，所有候(hou)選(xuan)生物標(biao)志物在KRAS+組中均表現出更(geng)優的性能(neng)（表2）。
圖6 總體(ti)樣本中5個鋅指候選基因(yin)及SEPT9的(de)診斷能(neng)力
表(biao)2 總體樣本KRAS + 和 KRAS- 中五(wu)個(ge)基(ji)因組區(qu)域(yu)的(de)平(ping)均甲基(ji)化狀態(tai)
結 論
本研(yan)究共篩選出(chu)五個候選鋅(xin)指(zhi)(zhi)基因(yin)(yin)（ZFGs）：ESR1、ZNF132、ZNF229、ZNF542和ZNF677。其中(zhong)ESR1和ZNF132對結直腸癌(ai)（CRC）的診斷(duan)能力(li)與(yu)SEPT9相當或更(geng)優，表(biao)明(ming)這兩種鋅(xin)指(zhi)(zhi)基因(yin)(yin)可(ke)能在未來具(ju)有作為結直腸癌(ai)診斷(duan)生物(wu)標(biao)志(zhi)物(wu)的潛力(li)。此(ci)外，通過(guo)亞組分(fen)析(xi)發現，所有五種鋅(xin)指(zhi)(zhi)基因(yin)(yin)在KRAS突(tu)變(bian)陽(yang)性患(huan)者(zhe)（KRAS+）中(zhong)的診斷(duan)能力(li)均顯著(zhu)高于KRAS突(tu)變(bian)陰性患(huan)者(zhe)（KRAS-），表(biao)明(ming)這些鋅(xin)指(zhi)(zhi)基因(yin)(yin)可(ke)作為KRAS突(tu)變(bian)結直腸癌(ai)患(huan)者(zhe)的理想診斷(duan)標(biao)志(zhi)物(wu)。
文獻來源(yuan)：Weilin P ,Fei Q ,Jing L , et al.Targeted Bisulfite Sequencing Reveals DNA Methylation Changes in Zinc Finger Family Genes Associated With KRAS Mutated Colorectal Cancer [J].Frontiers in Cell and Developmental Biology,2021,9759813-759813.
