细胞周期通路基因遗传变异与头颈部鳞癌易感性的关系及机制研究

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目的:头颈部鳞癌(Head and Neck Squamous Cell Carcinoma,HNSCC)在疾病早期难以诊断,且预后较差。细胞周期失调是癌症的标志性特征之一,且细胞周期通路的变异在HNSCC中非常普遍。然而,在中国人群中,细胞周期通路的遗传变异与HNSCC的关联证据尚不充足。因此,本研究拟在中国人群中筛选与HNSCC易感性相关的细胞周期通路基因的遗传变异,并结合生物信息学工具和生物学实验,探讨遗传变异影响HNSCC发生发展的作用机制,从而为HNSCC病因学研究提供新的线索。方法:1.采用两阶段配对病例-对照研究,第一阶段在南京地区纳入248对1:1匹配的病例-对照,第二阶段在武汉地区纳入431对1:1匹配的病例-对照,收集研究对象的基本信息和血液样本。通过查阅文献并结合生物信息学数据库筛选细胞周期通路候选基因和功能性SNPs,利用SNPscan TM技术进行基因分型。采用配对样本t检验和McNeMar配对χ~2检验比较病例和对照的基本特征差异和基因型分布差异;采用多因素条件logistic回归分析各遗传变异与HNSCC发病风险的关联,以及基因-基因、基因-吸烟的交互作用,FDR进行多重检验校正;采用多因素有序logistic回归分析遗传变异与肿瘤分化程度的关联;采用多因素非条件logistic回归分析遗传变异与肿瘤标志物的关联。2.利用多种生物信息学工具对阳性关联位点进行功能注释。利用RNAfold评估SNP对mRNA 3’-UTR二级结构的影响。利用Mir SNP、PolymiRTS及miRNASNP数据库预测SNP对miRNA-mRNA结合的影响,并通过双荧光素酶报告基因实验进行验证。利用TCGA和Kaplan-Meier Plotter数据库进行差异表达分析及生存分析3.通过体外细胞实验,探讨miR-940的生物学功能。通过敲低METTL3和METTL1,并检测成熟miR-940的表达水平,探讨m~6A和m~7G对miR-940表达的影响。构建含rs2075993不同等位基因的E2F2过表达质粒,并分别与miR-940共转染细胞,探讨rs2075993在HNSCC中的作用机制。结果:1.两阶段关联研究显示:CDKN1C rs452338的遗传变异与HNSCC的发病风险有关(显性模型:OR=0.61,95%CI=0.46-0.80;超显性模型:OR=1.57,95%CI=1.21-2.11;加性模型:OR=0.63,95%CI=0.49-0.81)。CDK4 rs2072052的遗传变异增加了HNSCC的发病风险(加性模型:OR=1.21,95%CI=1.02-1.42)。E2F2 rs3820028的遗传变异增加了HNSCC的发病风险(显性模型:OR=1.88,95%CI=1.39-2.55;隐性模型:OR=1.67,95%CI=1.20-2.34;加性模型:OR=1.66,95%CI=1.34-2.05)。E2F2 rs2075993的遗传变异增加了HNSCC的发病风险(显性模型:OR=1.83,95%CI=1.35-2.48;隐性模型:OR=1.66,95%CI=1.17-2.35;加性模型:OR=1.63,95%CI=1.31-2.03)。危险遗传变异位点的联合效应分析显示,与不携带危险基因型的个体相比,携带1个、2个、3-4个危险基因型的个体发生HNSCC的风险分别增加了0.94倍(OR=1.94,95%CI=1.17-3.22)、1.27倍(OR=2.27,95%CI=1.32-3.90)、2.87倍(OR=3.87,95%CI=2.32-6.45),且随着携带的危险基因型个数的增加,HNSCC的发病风险呈现递增趋势(PtrendC使E2F2 3’-UTR二级结构的最小自由能升高,且通过数据库预测和双荧光素酶报告基因实验,表明rs2075993 T>C破坏了miR-940与E2F2的结合。此外,miR-940在HNSCC癌组织中表达上调(P=2.9e-8)且miR-940高表达与较低的总体生存率相关(HR=1.39,95%CI=1.02-1.90),而E2F2高表达与较高的总体生存率相关(HR=0.64,95%CI=0.48-0.85)。3.miR-940过表达促进了肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭,抑制了肿瘤细胞的衰老和自噬。敲低METTL3表达后,成熟miR-940的表达水平降低,提示m~6A可能影响miR-940的表达。另外,研究结果亦表明miR-940调控E2F2的mRNA和蛋白表达,但该调控作用受E2F2 rs2075993影响,rs2075993 T>C破坏了miR-940对E2F2的翻译抑制。此外,与含rs2075993等位基因C的E2F2相比,含rs2075993等位基因T的E2F2与miR-940共转染时,细胞的增殖、迁移和侵袭能力增加以及细胞衰老降低,然未发现影响细胞自噬。结论:CDKN1C rs452338、CDK4 rs2072052以及E2F2 rs3820028和E2F2 rs2075993与HNSCC易感性有关,且4个SNPs存在联合效应。其中,rs452338、rs3820028和rs2075993分别与rs2072052联合影响HNSCC易感性,rs452338与吸烟协同影响HNSCC易感性。此外,rs3820028和rs2075993与喉鳞癌分化程度有关,rs452338和rs2072052分别与HNSCC患者血清铁蛋白和神经元特异性烯醇化酶水平异常有关。机制上,SNP rs2075993 T>C降低了E2F2 3’-UTR二级结构的稳定性,破坏了miR-940和E2F2的结合,rs2075993 T>C通过干扰了miR-940对E2F2的翻译抑制,从而改变了miR-940和E2F2的相互作用进而影响了肿瘤细胞的增殖、迁移、侵袭及细胞衰老。且miR-940可作为HNSCC潜在的生物标志物,其在HNSCC中表达升高并与HNSCC较差预后相关,其过表达促进了HNSCC肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭,并抑制了细胞衰老和细胞自噬,而m~6A可能影响miR-940的表达。
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