From Omics to Multi-Omics Approaches for In-Depth Analysis of the Molecular Mechanisms of Prostate Cancer

Nevedomskaya E, Haendler B. From Omics to Multi-Omics Approaches for In-Depth Analysis of the Molecular Mechanisms of Prostate Cancer. Int J Mol Sci. 2022 Jun 3;23(11):6281. doi: 10.3390/ijms23116281. PMID: 35682963; PMCID: PMC9181488.

從組學到多組學方法深入分析前列腺癌的分子機制

   癌癥發(fā)生在不同細胞水平的改變后，包括遺傳和表觀遺傳修飾、轉(zhuǎn)錄和翻譯失調(diào)以及代謝變異?，F(xiàn)在可以使用高通量組學技術(shù)來識別和量化這些變化所涉及的過程，并有助于從患者腫瘤、液體活檢和腫瘤模型中生成大量穩(wěn)定增長的數(shù)據(jù)。對這些數(shù)據(jù)的廣泛調(diào)查和整合導致了對多種癌癥類型的起源和發(fā)展的新生物學見解，并有助于解開這種復雜病理學背后的分子網(wǎng)絡。對生物樣品中分子類別的全面和定量分析被稱為組學，近年來已經(jīng)進行了針對不同前列腺癌階段的大規(guī)模組學研究。前列腺腫瘤是第二大癌癥類型，也是全世界男性癌癥死亡的普遍原因。這是一種非常異質(zhì)的疾病，因此評估腫瘤間和腫瘤內(nèi)的差異對于準確了解疾病發(fā)展和可塑性以及開發(fā)個性化療法至關(guān)重要。有充分的證據(jù)表明雄激素受體（一種類固醇激素激活的轉(zhuǎn)錄因子）在驅(qū)動疾病的早期和晚期階段具有關(guān)鍵作用，這導致了針對該途徑中不同靶點的藥物的開發(fā)和批準。早期的基因組和轉(zhuǎn)錄組學研究使人們能夠確定參與前列腺癌并受雄激素信號傳導或其他腫瘤相關(guān)信號傳導途徑調(diào)節(jié)的基因。最近，它們得到了表觀基因組、cistromic、蛋白質(zhì)組學和代謝組學分析的補充，從而增加了我們對所涉及的復雜機制、不同水平的調(diào)節(jié)及其相互作用的了解。對這些組學方法的全面研究以及它們與多組學分析的整合，使人們對參與前列腺癌進展以及對治療的反應和耐藥性的分子途徑有了更深入的了解。這帶來了希望，即發(fā)現(xiàn)新的脆弱性，現(xiàn)有療法將通過針對可能反應最好的患者群體而更加有益，

前列腺癌是全球男性第二大最常診斷的腫瘤和第六大癌癥死亡原因。2020 年，估計全球報告了 1,414,300 例新病例和 375,300 例死亡 [ 1 ]。近年來，這些數(shù)字有所上升，部分原因是人口的整體增長和老齡化，但在一些國家，死亡人數(shù)有趨于穩(wěn)定甚至倒退的趨勢，這可能與擴大篩查和改進藥物有關(guān) [ 2 ] .前列腺癌可以在不同程度的侵襲性下被診斷出來 [ 3 ]，并且通常表現(xiàn)為獨立于軀體的腫瘤病灶 [ 4 , 5 ]。三個主要發(fā)展階段，即上皮內(nèi)瘤變 (PIN)、激素敏感性前列腺癌 (HSPC) 和去勢抵抗性前列腺癌 (CRPC)，已被定義，并提出了其他亞型，主要基于基因組和轉(zhuǎn)錄組學特征 [ 3 , 6 , 7、8 ]。_ 轉(zhuǎn)移可以在 HSPC 和 CRPC 階段觀察到，它們通常在給定患者中與克隆相關(guān)，并且可能在轉(zhuǎn)移部位之間發(fā)生擴散 [ 9 , 10 , 11 ,12 ]。越來越多地使用有效的 AR 靶向治療導致新的 CRPC 亞型出現(xiàn)，包括兩性分泌、雄激素受體 (AR) 低、雙陰性和小細胞或神經(jīng)內(nèi)分泌表型 [ 13 ]。公認的前列腺癌風險因素是年齡、種族和環(huán)境因素 [ 14 ]。大約 5-15% 的病例歸因于遺傳因素和許多易感基因位點，并且通常在 DNA 修復基因中的突變與它們有關(guān) 。

AR 信號在早期和晚期前列腺癌中的驅(qū)動作用促進了針對該途徑特定步驟的藥物的開發(fā)和批準，包括集中抑制雄激素合成的促性腺激素釋放激素 (GnRH) 類似物、細胞色素 P450 17A1 (CYP17A) 抑制劑阿比特龍醋酸鹽，可局部抑制睪丸、前列腺和腎上腺中的雄激素合成，以及競爭性拮抗劑，包括抑制 AR 功能的恩雜魯胺、阿帕魯胺和darolutamide [ 15、16、17、18、19]。不幸的是，治療耐藥性經(jīng)常出現(xiàn)，最終導致轉(zhuǎn)移性 CRPC (mCRPC)，使用紫杉烷、聚 (ADP-核糖) 聚合酶 (PARP) 抑制劑和 α 粒子發(fā)射放射療法進行治療 [ 15 , 20 ]。這些治療僅適用于一部分患者，并且僅在有限的時間內(nèi)有效，因此需要額外的、更有效的延長生命的方法。

各種前列腺癌的臨床前模型，包括細胞系、類器官、異種移植物和轉(zhuǎn)基因小鼠模型，以及大量源自患者的異種移植物 (PDX) 模型，現(xiàn)在可用于評估前列腺癌的起源和治療反應，但他們每個人都只能提供有限的答案[ 21 ]。此外，越來越多的數(shù)據(jù)來自早期或晚期患有前列腺癌并正在接受治療的患者?，F(xiàn)在可以使用多種基于組學的平臺，包括基因組學、表觀基因組學、cistromics、轉(zhuǎn)錄組學、蛋白質(zhì)組學和代謝組學方法，以詳細檢查潛在過程并了解正在發(fā)生的各種變化。圖1）。下面將總結(jié)每個學科中選定的重要發(fā)現(xiàn)，并將進一步討論整合這些發(fā)現(xiàn)以生成更大圖景的新的多組學程序。

圖1 組學方法概述。

2. 基因組分析

功能基因組學旨在大規(guī)模生成和分析基因組數(shù)據(jù)。腫瘤的全基因組分析通常從原發(fā)性腫瘤或淋巴結(jié)、骨、肝或軟組織的轉(zhuǎn)移灶的活檢開始。從液體活檢中獲得的血漿 DNA 或循環(huán)腫瘤細胞代表了另一個有價值的來源，它可以繞過患者體內(nèi)變異性的問題，并允許人們在疾病進展和治療過程中跟蹤基因組變異 [ 22 ]。重要的是，根據(jù)一項研究 [ 23 ] ，在液體活檢中觀察到的體細胞修飾與匹配的腫瘤之間的一致性非常高，達到 90.9% 。

2.1早期和晚期前列腺癌的基因組測序和誘變景觀

前列腺癌具有相對較低的突變率和高度可變的基因拷貝數(shù)改變 [ 3 ]。根據(jù)一份報告 [ 24 ]，原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性樣本之間的平均突變率從每 Mb 1.36 上升到 2.93，并且與其他腫瘤相比相對較低 [ 8 , 25 , 26 ]。已經(jīng)發(fā)表了幾項檢查前列腺癌患者疾病進展的比較研究。多個研究小組報告了 DNA 損傷修復和磷脂酰肌醇 3-激酶 (PI3K) 途徑的頻繁修改 [ 24 , 27 , 28]。絲裂原活化蛋白激酶 (MAPK) 通路和斑點型 POZ 蛋白 ( SPOP ) 基因的突變也是常見事件 [ 24 , 27 ]。已進一步確定了在編碼區(qū)或非編碼區(qū)發(fā)生突變的假定驅(qū)動基因 [ 29 ]。重要的是，許多基因組改變隨著腫瘤進展而變化，如下所述。

值得一提的是，考慮到前列腺癌的種族多樣性[ 3、30、31、32、33 ] ，已發(fā)表的大多數(shù)研究都涉及大多數(shù)高加索裔患者，這限制了他們的解釋。例如，最近的一篇文章指出了黑人男性PTEN突變和AR改變率的差異，以及亞洲男性叉頭盒蛋白 A1 ( FOXA1 ) 突變和鋅指同源盒蛋白 3 ( ZFHX3 ) 改變率的差異，與白人相比 [ 34 ]。

2.1.1原發(fā)性腫瘤的基因組測序

對一組 333 名患者的原發(fā)性腫瘤進行綜合分子分析，根據(jù)SPOP、FOXA1和異檸檬酸脫氫酶 1 ( IDH1 )的各種ETS轉(zhuǎn)錄因子融合或突變的存在定義了七個分子亞組[ 8 ]。這七個亞組對所有原發(fā)性前列腺癌病例的 74% 進行了分類。在對 12 個根治性前列腺切除術(shù)樣本進行全外顯子組測序后，也觀察到了高度異質(zhì)性 [ 35 ]。原發(fā)性前列腺腫瘤中最常見的改變是ETS相關(guān)基因 ( ERG ) 或其他ETS編碼區(qū)的融合具有雄激素依賴性啟動子的家族成員，通常來自跨膜蛋白酶絲氨酸 2 ( TMPRSS2 ) 基因 [ 3 , 8 , 24 ]，導致表達水平提高 [ 36 ]。這種融合發(fā)生在前列腺癌發(fā)展的早期 [ 37 ] 并與診斷和更積極的臨床結(jié)果相關(guān)聯(lián) [ 38 , 39 ]。SPOP和FOXA1突變也代表了頻繁的早期事件 [ 40 , 41 ]。SPOP失活導致與前列腺癌相關(guān)的許多蛋白質(zhì)穩(wěn)定，例如 AR、ERG、含有三方基序的 24 (TRIM24) 和含有溴結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì) (BRD) BRD2、BRD3 和 BRD4。染色質(zhì)域解旋酶 DNA 結(jié)合蛋白 1 ( CHD1 ) 和乳腺癌 1 ( BRCA1 ) 都參與 DNA 修復，并且在ETS融合陰性腫瘤的早期發(fā)展過程中經(jīng)常發(fā)生改變 [ 29 ]。在臨床上可能可行的原發(fā)性前列腺腫瘤中描述的改變包括 DNA 修復缺陷、表觀遺傳調(diào)控變化和細胞周期、PI3K、Wnt 和 Ras 信號通路的激活 [ 8 , 24 ]。

2.1.2. 轉(zhuǎn)移性 HSPC (mHSPC) 的基因組測序

對來自 424 名 mHSPC 患者的原發(fā)性腫瘤和轉(zhuǎn)移灶樣本的檢查顯示，Notch、細胞周期和表觀遺傳修飾途徑的富集在大體積疾病中最為突出 [ 42 ]。還公開了PTEN和TP53中的許多突變，以及 DNA 修復基因和 Wnt 途徑中的修飾 [ 42 , 43 ]。對包含 1682 名 mHSPC 患者的 11 項研究的回顧表明，TP53、DNA 損傷修復和 Wnt 通路的變化頻繁 [ 44 ]。在AR、Myc、TP53或細胞周期信號改變的情況下觀察到不太有利的臨床結(jié)果 [44 ]。顯性陰性TP53突變與陰性結(jié)果相關(guān)，而SPOP突變與 mHSPC 患者的良好結(jié)果相關(guān) [ 45 ]。

2.1.3。mCRPC的基因組測序

在超過一半的 mCRPC 患者中發(fā)現(xiàn)AR基因擴增和增強子劫持，這在對 AR 信號傳導抑制劑的抗性中起重要作用 [ 24 , 26 , 35 ]。這會導致全長 AR 過表達，但也會導致包括 AR-V7 [ 46 , 47 ] 在內(nèi)的幾種剪接變體的過表達。在 10-30% 的 CRPC 患者中觀察到 AR 突變的出現(xiàn)，主要是在配體結(jié)合域中，隨后 AR 拮抗劑藥物的抑制作用喪失 [ 48 , 49 ]。AR , TP53 , 視網(wǎng)膜母細胞瘤蛋白 ( RB1 ) 和PI3K的突變負擔通常更大/ AKT，與匹配的激素初治樣本相比，在 mCRPC 患者中觀察到 [ 28 , 43 , 50 , 51 ]。一項針對 150 名 mCRPC 患者的研究將AR和TP53改變定義為與原發(fā)性癌癥相比觀察到的主要改變 [ 26 ]。mCRPC 中經(jīng)常報告 DNA 損傷反應的改變，主要發(fā)生在ATM和ATR絲氨酸/蘇氨酸激酶基因中，以及BRCA基因中 [ 27 , 52 , 53]。最近對來自 3129 名 mCRPC 患者的循環(huán)腫瘤 DNA 的調(diào)查表明，BRCA1和BRCA2突變的頻率升高了 8.8%，在先前接受紫杉烷治療的組中更為明顯，此外，與來自組織的數(shù)據(jù)非常一致 [ 54 ]。DNA 修復途徑中描述的頻繁變化導致人們努力開發(fā) PARP 抑制劑以利用這種腫瘤敏感性，現(xiàn)在有兩種這樣的化合物被批準用于具有特定改變的前列腺癌病例 [ 43 ]。此外，在CRPC 階段經(jīng)常觀察到先驅(qū)因子FOXA1和組蛋白賴氨酸 N-甲基轉(zhuǎn)移酶 2C ( KMT2C ) 基因的突變 [ 43]。對 429 名 mCRPC 患者的全面調(diào)查強調(diào)RB1丟失是與不良結(jié)果最密切相關(guān)的事件 [ 51 ]。最近的一項全基因組研究專門研究了 mCRPC 的五個 PDX 模型中位于 5' 非翻譯基因區(qū)域的體細胞突變 [ 55 ]。許多公開的突變位于代表 DNA 和 RNA 結(jié)合基序的調(diào)節(jié)元件中，并且與基因表達和 RNA 翻譯的變化有關(guān) [ 55 ]。

由于強效 AR 抑制劑的廣泛使用，導致神經(jīng)內(nèi)分泌分化導致 AR 非依賴性生長的診斷越來越頻繁 [ 56 ]。遺傳標志包括缺乏AR增強子增益、RB1缺失和N-Myc基因擴增[ 57 , 58 ]。另一種日益增長的晚期診斷是雙陰性前列腺癌，既不表達 AR 也不表達神經(jīng)內(nèi)分泌標志物 [ 13 ]。有趣的是，沒有基因改變將這種癌癥類型與 AR 陽性癌和神經(jīng)內(nèi)分泌疾病區(qū)分開來。這種治療誘導的晚期疾病階段的發(fā)展可能是由轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)事件驅(qū)動的。

2.2. 全基因組關(guān)聯(lián)研究

全基因組關(guān)聯(lián)研究已確定近 270 個具有與前列腺癌風險相關(guān)的單核苷酸多態(tài)性 (SNP) 的基因位點 [ 59 ]。另一份報告描述了 100 個單核苷酸多態(tài)性，這些單核苷酸多態(tài)性單獨僅帶來很小的額外風險，但總體而言，解釋了三分之一的前列腺癌家族風險 [ 60 ]。許多相關(guān)的風險等位基因位于非編碼順式調(diào)控區(qū)域并影響基因轉(zhuǎn)錄 [ 59 , 61 , 62 ]。在許多情況下，這會導致調(diào)節(jié)復合物的形成和染色質(zhì)三維 (3D) 結(jié)構(gòu)的變化 [ 59 , 62 ]。進一步證明了 SNP 與治療結(jié)果之間的聯(lián)系 [60、63 ]。_ 例子包括在參與雄激素代謝的基因中檢測到的種系多態(tài)性，這些多態(tài)性與對雄激素剝奪療法的反應有關(guān)[ 64 ]。對源自 384 名局部前列腺癌患者的線粒體基因組進行測序，發(fā)現(xiàn)了許多與侵襲性相關(guān)的單核苷酸變異體 [ 65 ]。

3. 表觀基因組

控制基因表達的表觀遺傳調(diào)控機制主要包括 DNA 甲基化和組蛋白翻譯后修飾，并且正在全球范圍內(nèi)通過表觀基因組研究進行評估。DNA 甲基化主要存在于 CpG 二核苷酸中并導致基因沉默。DNA 甲基化組的全基因組研究通常通過全基因組亞硫酸氫鹽測序來實現(xiàn) [ 66 ]。翻譯后組蛋白修飾，如乙?；蚣谆梢栽鰪娀蛞种苹虮磉_，這取決于添加的單個標記和目標位置，以及它們的組合 [ 67 ]。組蛋白標記的全局映射基本上是通過基于抗體的染色質(zhì)免疫沉淀 (ChIP) 富集和下一代 DNA 測序進行的 [ 68]。非編碼 RNA，例如 microRNA (miRNA) 和長鏈非編碼 RNA (lncRNA)，代表了參與基因轉(zhuǎn)錄控制的額外表觀遺傳、反式作用參與者。它們的水平通過新一代測序在總 RNA 或富集的小 RNA 級分中進行監(jiān)測 [ 69 , 70 ]。

3.1。DNA甲基化

幾項大型研究強調(diào)了改變的 DNA 甲基化譜在局部和轉(zhuǎn)移性前列腺癌中的作用 [ 8 , 71 , 72 , 73 ]。在比較中危前列腺癌與良性組織時，發(fā)現(xiàn)了許多差異甲基化位點 [ 74 ]。不同研究人員已提出在精確位置分析 DNA 甲基化以進行風險分層和治療反應預測 [ 75 , 76 , 77 , 78 ]。最近的一項研究詳細檢查了原發(fā)性前列腺腫瘤的 DNA 甲基化組，并確定了幾種亞型，包括一種與預后不良相關(guān)的亞型 [ 79]。被 DNA 甲基化沉默的基因通常與 DNA 修復、細胞周期和細胞粘附、生長抑制和細胞凋亡有關(guān) [ 73 ]。對 100 例轉(zhuǎn)移性活檢的大型調(diào)查顯示，在腫瘤進展過程中，存在多個具有顯著 DNA 甲基化和甲基化變化的位點，主要發(fā)生在熱點和推定的調(diào)控區(qū)域 [ 80 ]。有趣的是， AR基因周圍存在許多低甲基化區(qū)域[ 80 ]。發(fā)現(xiàn)治療出現(xiàn)的小細胞神經(jīng)內(nèi)分泌癌具有獨特的 DNA 甲基化特征 [ 80 ]。除了少數(shù) CpG 位點外，放射治療對前列腺癌細胞整體 DNA 甲基化的影響有限。81 ]。

3.2. 組蛋白修飾

組蛋白標記的變化，主要在 N 末端尾部，影響染色質(zhì)壓實和 DNA 可及性 [ 82 ]。早期免疫組織化學和組織微陣列研究表明，在低級別前列腺癌中檢測到的組蛋白 H3 和 H4 乙?；投谆慕M合模式是腫瘤復發(fā)的預測因子 [ 83 ]。由 AR、 FOXA1和同源框蛋白 HOXB13 結(jié)合的增強子上的H3K27乙酰化對于實現(xiàn)雄激素驅(qū)動的基因轉(zhuǎn)錄至關(guān)重要[ 72、84、85 ]。在原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性前列腺癌樣本之間注意到組蛋白 H3K27 乙酰化模式的顯著差異 [ 84 , 86]。此外，與正常組織相比，前列腺癌中的 H3K9 二甲基化和三甲基化以及 H3K4 單甲基化降低，但在耐藥腫瘤中升高 [ 86 ]。組蛋白 H2A 的單泛素化受眾多基因上的雄激素調(diào)節(jié)，導致幾個同源框基因的表達調(diào)控和細胞生長的控制 [ 87 ]。

3.3. 非編碼 RNA

已經(jīng)報道了 miRNA 和 lncRNA 在調(diào)節(jié)基因表達中的競爭作用以及 miRNA 在抑制 AR 非依賴性前列腺癌和 NEPC 中的翻譯中的額外作用 [ 88 ]。許多非編碼 RNA 對AR基因轉(zhuǎn)錄也有直接影響，而其中一些的水平受 AR 控制 [ 89 , 90 , 91 ]。已經(jīng)報道了治療后非編碼 RNA 豐度的變化以及對 AR 拮抗劑或紫杉烷類藥物的耐藥性的影響 [ 92 ]。例如，lncRNA HOTAIR 的表達被雄激素剝奪上調(diào)，從而導致 AR 穩(wěn)定，這促進了前列腺癌的生長、侵襲和轉(zhuǎn)移。93、94 ]。_ 非編碼 RNA 可以作為有價值的生物標志物，甚至可以作為新的治療靶點。一些腫瘤抑制性 miRNA 已被提議作為前列腺癌的治療選擇，因為它們參與細胞干性和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化 (EMT) [ 95 , 96 ]。

4. 中流

轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合的全基因組評估和解釋稱為 cistromics。上一段討論了表觀基因組變異，例如 DNA 甲基化和組蛋白翻譯后修飾，它們也構(gòu)成了 cistrome 的一部分。選擇的技術(shù)通常是 ChIP，然后是微陣列分析或平行 DNA 測序 [ 68 ]。染色質(zhì)可及性分析允許人們描繪調(diào)節(jié)蛋白識別的區(qū)域 [ 97 , 98 ]。進行染色質(zhì)構(gòu)象捕獲分析以建立染色質(zhì)的 3D 結(jié)構(gòu)，并評估形成拓撲相關(guān)域 (TAD) 的 DNA 結(jié)合蛋白的長程相互作用，TADs 代表重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制。99、100 ]。_ 近年來，超高通量測序方法、單細胞研究和專用生物信息學管道的發(fā)展大大擴展了我們對染色質(zhì)組織與基因組功能之間相互聯(lián)系的理解。

通過 Hi-C 染色體構(gòu)象捕獲方法研究代表正常組織或前列腺腫瘤的細胞系，該方法確定基因組區(qū)域之間所有可能的成對相互作用，導致鑒定 300 至 1000 個 TAD，包括癌癥的一組特征 [ 101 ] . 癌癥特異性 TAD 具有獨特的結(jié)構(gòu)域邊界，保留轉(zhuǎn)錄抑制因子 CTCF 的結(jié)合，并富含組蛋白 H3K4 三甲基化 [ 101 ]。隨后以更高的分辨率進行的研究描述了超過一千個 TAD，它們在正常前列腺和腫瘤細胞之間具有改變的大小和表觀遺傳狀態(tài) [ 100 ]。腫瘤特有的 TAD 通常體積更小，轉(zhuǎn)錄活性更強 [ 100]。進一步研究了增強子-啟動子環(huán)，并檢測到了 AR、FOXA1、ETS 和粒頭樣 2 (GRHL2) 的結(jié)合基序 [ 100 ]。比較模擬前列腺癌進展的各個階段的細胞系表明，基因組 3D 結(jié)構(gòu)發(fā)生了適應，主要是染色質(zhì)的開放，以及 TAD 的大小和邊界的調(diào)整 [ 102 ]。

4.1。AR Cistrome

AR 通過與多個染色質(zhì)區(qū)域結(jié)合來影響雄激素刺激后的基因表達。全基因組研究表明，它主要與遠離轉(zhuǎn)錄起始位點的遠端順式調(diào)節(jié)元件接觸[ 103、104、105 ]。已經(jīng)在前列腺癌細胞系中詳細研究了 AR 激活的增強子和導致下游基因激活的啟動子之間的相互作用 [ 106 ]。雄激素依賴性 AR 與增強劑的相互作用始終被抗雄激素 darolutamide 的額外治療逆轉(zhuǎn) [ 85 ]。這與 FOXA1 和 BRD4 結(jié)合的變化以及組蛋白 H3K27 乙酰化和 H3K4 單甲基化水平的變化平行[ 85]。此外，據(jù)報道，雄激素依賴性 AR 與 MED1 結(jié)合所定義的超級增強劑的連接，以及 darolutamide 對其的逆轉(zhuǎn)[ 85 ]。進一步的研究表明，用 AR 拮抗劑 enzalutamide 治療會改變 AR cistrome 并導致 zeste 同源物 2 (EZH2) 的增強子共同占據(jù)，導致細胞從上皮譜系轉(zhuǎn)移 [ 107 ]。與敏感細胞相比，對恩雜魯胺耐藥的前列腺癌細胞在 AR 和 Myc 結(jié)合中表現(xiàn)出染色質(zhì)重編程和修飾 [ 108 ]。由于合成致死性，在前列腺癌中選擇性觀察到CHD1缺失，并且與PTEN缺失相互排斥 [ 109]。這導致 AR cistrome 的重新分布，并在小鼠模型中驅(qū)動腫瘤形成，與致癌途徑的上調(diào)有關(guān) [ 110 ]。SPOP突變導致小鼠前列腺類器官中雄激素刺激的 AR 進入的區(qū)域發(fā)生變化 [ 111 ]。MED19 過度表達進一步改變了 AR 的占有率，因此有利于與 ELK1 合作的不依賴雄激素的生長 [ 112 ]。SMARCA4 與 AR 結(jié)合位點的相互作用導致參與細胞粘附和細胞外基質(zhì)組織的基因的調(diào)節(jié) [ 113 ]。前列腺癌細胞系的 ChIP-Seq 分析揭示了參與脂質(zhì)合成的幾個基因中的 AR 峰 [ 114 ]。

從正常前列腺到癌變狀態(tài)的進展與 AR cistrome 重排有關(guān)，因此，導致廣泛的基因程序從分化和生長抑制轉(zhuǎn)向存活和增殖 [ 84 , 115 , 116 , 117 , 118 ]。此外，在 CRPC 組織中發(fā)現(xiàn)了許多以前未在前列腺癌細胞系中描述的 AR 結(jié)合區(qū) [ 119 ]。對 100 個原發(fā)性前列腺癌樣本中 AR 結(jié)合和 H3K27 乙?；3K4 三甲基化和 H3K27 三甲基化的調(diào)查使研究人員能夠定義三個主要亞組 [ 120]。健康組織、原發(fā)性前列腺腫瘤和 CRPC 之間的比較表明 AR cistrome 差異顯著 [ 84 , 115 , 121 ]。另一方面，對一名 mCRPC 患者的四種轉(zhuǎn)移灶進行的比較研究表明，基因組上的大多數(shù) AR 相互作用位點是共享的，并且它們還具有強 FOXA1 占據(jù)和組蛋白 H3K27 乙酰化的特征[ 122 ]。在易感性 SNP 研究中發(fā)現(xiàn)了 AR 結(jié)合位點以及 ERG 和 FOXA1 位點的突變 [ 123 ]。

剪接變體 AR-V7 出現(xiàn)在相當大比例的晚期 CRPC 病例中，并且與對 AR 抑制劑的反應降低有關(guān) [ 46 , 47 ]。它缺少配體結(jié)合域，但具有完整的 DNA 結(jié)合域和 N 端區(qū)域。它具有組成型活性并在 75% 的轉(zhuǎn)移性腫瘤中檢測到，但在原發(fā)性腫瘤中很少見 [ 46 ]。它與 AR 形成異二聚體，兩個 cisstromes 重疊 [ 124 , 125 , 126 ]，但也存在 AR-V7 同源二聚體識別的其他特定區(qū)域 [ 125 , 127 , 128]。AR-V7 和其他剪接變體定位于細胞核中存在優(yōu)先結(jié)合位點的開放染色質(zhì)區(qū)域 [ 129 ]。AR-V7 的染色質(zhì)識別很大程度上依賴于 HOXB13 [ 127 , 130 ]。在 22RV1 和 LNCaP95 細胞系中描述了不同的 AR-V7 cistromes，并證明了與 HOXB13 的共定位 [ 127 ]。比較來自三名 CRPC 患者的組織中的 AR-V7 基因組結(jié)合表明存在廣泛的多樣性，與受調(diào)控的獨特基因組一致 [ 127 ]。此外，AR-V7 在基因調(diào)控部分的獨特附著位點與鋅指 X 染色體蛋白 (ZFX) 連接 [ 125 ]。

4.2. FOXA1 和 HOXB13 Cistromes

與正常鄰近組織相比，在原發(fā)性前列腺腫瘤中觀察到 FOXA1 和 HOXB13 cistromes 在精確位置的富集 [ 131 ]。FOXA1 對于 AR 重編程為癌性表型至關(guān)重要，其過表達與 HOXB13 一起導致永生化前列腺上皮細胞系中的 AR cistrome 向腫瘤樣表型轉(zhuǎn)變 [ 132 ]。FOXA1在 3-12% 的原發(fā)性和晚期前列腺癌中發(fā)生突變，其中一些突變改變了基因組相互作用并影響分化程序 [ 120 , 133 ]。在雄激素控制的增強劑中同時檢測到 FOXA1 和 AR 結(jié)合 [ 85]。最近的一份出版物報道了 NEPC 中的 FOXA1 cistrome 向神經(jīng)內(nèi)分泌特異性調(diào)節(jié)元件轉(zhuǎn)移 [ 134 ]。同源盒蛋白 HOXB13 可防止 AR 與同源反應元件結(jié)合，但也可能與 AR 形成異二聚體以刺激下游基因轉(zhuǎn)錄 [ 135 ]。HOXB13 的基因組結(jié)合與 AR-V7 重疊，但與全長 AR 不重疊 [ 127 ]。

4.3. ZFX 和性別決定區(qū)域 Y 高遷移率組框 2 (SOX2) Cistromes

ZFX 是 krueppel 家族的 DNA 結(jié)合因子。它在特定的基因組區(qū)域顯示出與 AR-V7 和 BRD4 的強烈共占性，導致特征性下游靶標的激活 [ 125 ]。由 ZFX/AR-V7/BRD4 復合物激活的基因程序包括細胞周期、自噬和 Wnt 信號傳導 [ 125 ]。轉(zhuǎn)錄因子 SOX2 通過其保守的高遷移率組框與 DNA 結(jié)合 [ 136 ]。SOX2和SOX9基因在晚期前列腺癌中過度表達，SOX9與早期治療反應降低和生化復發(fā)有關(guān) [ 137]。Cistrome 分析表明，前列腺癌細胞中 SOX2 結(jié)合的基因組位點與典型位點不同，導致致癌途徑激活和代謝重編程 [ 138 ]。

4.4. ERG Cistrome

ETS 轉(zhuǎn)錄因子（包括 ERG）的關(guān)聯(lián)位點位于 AR 結(jié)合元件附近，但重疊只是部分的 [ 103 , 139 ]。ERG擴展 AR 附著和轉(zhuǎn)錄活性，從而促進腫瘤進展[ 140、141、142 ]。ERG 磷酸化不會影響基因組接觸，但會導致前列腺細胞失去抑制活性 [ 143 , 144 ]。

4.5. N-Myc Cistrome

N-Myc 與染色質(zhì)的相互作用在 NEPC 中被重新編程，導致上皮譜系基因的沉默 [ 145 ]。有趣的是，N-Myc cistrome 與 FOXA1 和 HOXB13 結(jié)合的位置強烈重疊。在基因工程小鼠模型中報道了N-Myc 和RB1缺失之間的協(xié)同作用導致高度轉(zhuǎn)移性前列腺腫瘤 [ 57 ]。

5. 轉(zhuǎn)錄組

細胞或組織的詳細轉(zhuǎn)錄組譜現(xiàn)在主要由下一代測序技術(shù)生成。它們可以專注于 mRNA，但可能包括非編碼 RNA，例如 miRNA、lncRNA 或環(huán)狀RNA ( circRNA ) [ 146、147、148、149 ]。RNA 修飾，例如 N6-甲基腺苷甲基化，由于其對穩(wěn)定性和剪接的影響，也正在大規(guī)模研究中 [ 150 ]。幾年前，基于微陣列的早期研究顯示了基因表達數(shù)據(jù)為疾病進展預測的傳統(tǒng)臨床參數(shù)提供附加價值的潛力 [ 151] 并推動了尋找疾病復發(fā)和治療反應的基因轉(zhuǎn)錄特征。來自正常前列腺、原發(fā)性腫瘤和轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)的基因表達數(shù)據(jù)的比較導致識別出 70 個轉(zhuǎn)錄物特征，預測生化復發(fā)和轉(zhuǎn)移的風險升高 [ 152 ]。已經(jīng)提出了以不同途徑激活為中心的亞型分類，包括基于 37 個基因的前列腺癌分類系統(tǒng)，以及源自乳腺癌算法并基于 50 個基因的 PAM50 分類 [ 6 , 153 ]。最近，基于AR的表達，提出了區(qū)分五種 mCRPC 表型的 26 基因轉(zhuǎn)錄特征或神經(jīng)內(nèi)分泌基因 [ 154 ]。

5.1。失調(diào)的轉(zhuǎn)錄組——一般方面

已經(jīng)使用單細胞測序確定了具有預先存在或治療誘導的抗性的前列腺癌細胞系 LNCaP 和 VCaP 的基因特征[ 108 ]。他們強調(diào)了染色質(zhì)的重新配置和轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合的重新編程。對恩雜魯胺有反應或無反應的前列腺癌細胞系可用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的綜合調(diào)查揭示了兩組中許多差異調(diào)節(jié)的基因，其中與細胞增殖和蛋白質(zhì)降解相關(guān)的途徑在敏感細胞系中受到選擇性影響[ 155 ]。對恩雜魯胺耐藥的 VCaP 細胞的 RNA-seq 分析指出，CXXC 型鋅指蛋白 5 及其下游靶基因上調(diào)，這在患者樣本中也可見到。156 ]。對前列腺癌 PDX 模型的詳細轉(zhuǎn)錄組學研究概述了多梳抑制復合物 2 (PRC2) 和 EZH2、G2-M 檢查點和巨噬細胞極化在腫瘤進展中的重要作用 [ 157 ]。三種源自患者的前列腺癌類器官的轉(zhuǎn)錄組分析突出了與其匹配的原發(fā)性腫瘤組織的重要相似之處，但不在這三種模型中，基因集富集分析 (GSEA) 揭示了與細胞生長、代謝活性和雄激素相關(guān)的途徑的富集。依賴基因調(diào)控[ 158 ]。

對來自 23 名局限性前列腺癌患者的 87 份樣本的轉(zhuǎn)錄組分析表明，一名患者的腫瘤病灶之間的異質(zhì)性與不同患者之間的異質(zhì)性相似 [ 159 ]。對來自正常、原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性前列腺組織的公開可用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進行的全面多隊列調(diào)查強調(diào)了Myc、α-甲基?；o酶 A 消旋酶 ( AMACR ) 和谷胱甘肽 S-轉(zhuǎn)移酶 P ( GSTP ) 在腫瘤起始和AR中的作用, EZH2 , 類固醇 5a-還原酶 ( SRD5A ), 腫瘤蛋白TP63 , 著絲粒蛋白 A ( CENPA ) 和 PI3K 催化亞基 b (PIK3CB ) 在腫瘤進展中的作用 [ 160 ]。此外，還描述了幾種具有預后意義的疾病階段特異性基因。對 101 個 CRPC 轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)錄組研究以及與全基因組數(shù)據(jù)的整合使我們能夠發(fā)現(xiàn)重要的腫瘤發(fā)生調(diào)節(jié)因子，例如增強癌基因表達的非編碼 RNA [ 161 ]。對 25 名對恩雜魯胺有反應或無反應的 mCRPC 患者的活檢 RNA 測序表明，與 AR 活性和干性降低相關(guān)的基因組在無反應者中被激活 [ 162 ]?？梢允褂没诘鞍踪|(zhì)編碼 mRNA（主要是前列腺特異性抗原 (PSA)）或用于預測前列腺癌的非編碼 RNA 表達的基于血清或尿液的檢測方法 [ 163 ]。

單細胞轉(zhuǎn)錄組學研究揭示了在具有祖細胞功能的正常前列腺細胞中存在管腔細胞群，并可能參與前列腺癌的發(fā)生[ 164 ]。另一項單細胞 RNA 測序研究確定了一種罕見的 luminal 亞群表達干細胞樣基因，并在雄激素消融后具有再生能力 [ 165]。這些發(fā)現(xiàn)可能對于解開疾病進展和轉(zhuǎn)移傳播至關(guān)重要。此外，單細胞研究是了解局部免疫微環(huán)境的關(guān)鍵。盡管原發(fā)性前列腺癌被認為是一種免疫浸潤有限的冷腫瘤，但單細胞 RNA-seq 研究表明，在骨骼中的轉(zhuǎn)移性生態(tài)位中存在可操作的免疫環(huán)境，正如在小鼠體內(nèi)研究中所證明的那樣 [ 166 ]。

5.2. AR調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄組

雄激素治療會迅速刺激數(shù)百到數(shù)千個蛋白質(zhì)編碼基因的轉(zhuǎn)錄，但此外，還會抑制許多基因，在不同的激素依賴性前列腺癌細胞系之間存在相當大的重疊 [ 85 , 167 , 168 , 169 ]。許多非編碼轉(zhuǎn)錄本也直接受 AR [ 149 ] 調(diào)控。對對恩雜魯胺有反應或無反應的前列腺癌細胞系可用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的綜合檢查揭示了兩組中許多差異調(diào)節(jié)的基因，與細胞增殖和蛋白質(zhì)降解相關(guān)的途徑在敏感細胞系中受到選擇性影響 [ 155]。培養(yǎng)的 LNCaP 或相應異種移植物中的雄激素調(diào)節(jié)基因之間的比較顯示譜不同 [ 119 ]。因此，提出了預測復發(fā)性前列腺癌和 CRPC 的 16 個 AR 靶基因特征。

使用微陣列分析對臨床樣本進行的早期研究表明，雄激素剝奪療法降低了局部前列腺癌中一些（但不是全部）雄激素調(diào)節(jié)基因的表達 [ 170 ]。對原發(fā)性前列腺癌中 20 種雄激素靶基因的評估表明存在各種模式，這取決于ETS融合的存在或SPOP或FOXA1中的突變[ 8 ]。對 429 名 mCRPC 患者的檢查顯示 AR 信號高，主要在腺癌中，而具有神經(jīng)內(nèi)分泌組織學特征的樣本中 AR 信號低 [ 51]。對 14 名對恩雜魯胺耐藥的 mCRPC 患者的骨、肝和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移進行的大量和單細胞轉(zhuǎn)錄組學評估顯示，與 EMT 和轉(zhuǎn)化生長因子 β 信號傳導相關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄升高 [ 171 ]。此外，始終可以看到包括 AR-V7 在內(nèi)的 AR 同種型的整體上調(diào)。對恩雜魯胺耐藥的 CRPC 患者的腫瘤活檢進行 RNA-seq，然后進行 GSEA，使研究人員能夠發(fā)現(xiàn)改變的途徑和降低的 AR 功能，以及在無應答者中激活的干性程序 [ 162 ]。

5.3. AR-V7 轉(zhuǎn)錄組

表達 AR 剪接變體但不是全長形式的修飾 CWR22Rv1 細胞系保留了 AR 靶基因的表達，但不保留其雄激素依賴性 [ 172 ]。AR 剪接變體控制參與 DNA 損傷反應的基因水平，異位 AR-V7 表達刺激參與同源重組的幾個基因的轉(zhuǎn)錄 [ 172 ]。介導 DNA 損傷修復需要 AR-V7 同源二聚化和 DNA 相互作用 [ 173 ]。已經(jīng)報道了由 AR 或特定剪接變體調(diào)節(jié)的獨特基因轉(zhuǎn)錄程序，并且表達不同 AR 變體的兩種前列腺癌細胞系之間的重疊有限 [ 174]。AR-V7 和全長 AR 的轉(zhuǎn)錄程序的直接比較揭示了細胞周期基因的表達增加 [ 175 ]。在 AR-V7 沉默后對 LNCaP95 前列腺癌細胞系的 RNA-seq 研究顯示，這種剪接變體具有優(yōu)先抑制功能，與核輔助抑制因子家族成員的合作和組蛋白 H3K27 乙?；囊种朴嘘P(guān) [ 126 ]。一些 AR-V7 靶基因產(chǎn)物抑制 CRPC 細胞的增殖 [ 126 ]。在 LNCaP95 細胞中進行的另一項研究揭示了 78 個 AR-V7 靶基因的存在，其中 4 個是 AR-V7 特異性的 [ 128 ]。核孔蛋白 210 ( NUP210 ) 和溶質(zhì)載體家族 3 成員 2 ( SLC3A2) 進行了進一步分析，并在其表達敲低后觀察到細胞增殖的強烈減少 [ 128 ]。抗雄激素 enzalutamide 的耐藥性與高水平的全長 AR 和 AR-V7 相關(guān)，并且涉及共同和單獨的基因表達程序 [ 176 ]。AR-V7 轉(zhuǎn)錄組與全長 AR 轉(zhuǎn)錄組的比較表明后者對 EMT 相關(guān)基因的抑制功能喪失，這可能會影響腫瘤生長 [ 169 ]。

對來自 CRPC 樣本的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的檢查顯示，AR 剪接變體（包括 AR-V7）的 RNA 水平豐度與全長 AR 的豐度呈正相關(guān)[ 177 ]。同一項研究進一步表明，雄激素剝奪可防止 AR 對其基因轉(zhuǎn)錄的負反饋 [ 177 ]。與匹配的治療前前列腺組織相比，AR-V7 和全長 AR 之間的表達比率在 CRPC 階段開始時增加 [ 178 ]。AR-V7 調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄組在 CRPC 患者中差異很大，但通常檢測到參與腫瘤進展并另外由 HOXB13 共同調(diào)節(jié)的基因 [ 127]。AR 剪接變體優(yōu)先刺激對阿比特龍耐藥并參與腫瘤進展和存活率低的患者中上調(diào)的幾個基因 [ 129 ]。

5.4. 類固醇合成基因的表達

導致抗雄激素治療耐藥的進一步適應是脂質(zhì)生物合成的增加 [ 179 , 180 ]。雄激素主要通過從膽固醇開始的從頭途徑合成，然后經(jīng)過幾個步驟轉(zhuǎn)化為主要的雄激素睪酮和二氫睪酮。還描述了涉及黃體酮的替代途徑。參與這些途徑的單個酶，包括 CYP17A1、3b-羥基類固醇脫氫酶 (HSD) 1 和 2,3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶 A 還原酶 (HMGCR)、SRD5A1、SRD5A2、醛酮還原酶家族 1 成員 C3 (AKR1C3)與原發(fā)性腫瘤相比，CRPC 和類固醇硫酸酯酶升高 [ 181 , 182 , 183 , 184]。觀察到不同的失調(diào)模式和患者之間的巨大差異，表明有幾種抵抗機制，導致類固醇合成的刺激。相反，一項比較來自 1713 個前列腺癌組織和 230 個正常組織的樣本的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，腫瘤中膽固醇合成基因的表達降低了 [ 185 ]。重要的是，雄激素對脂質(zhì)合成相關(guān)基因的上調(diào)有直接影響，例如甾醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白 1 ( SREBF1 )、脂肪酸合酶 ( FAS ) 和AMACR [ 186 ]。

5.5. 非編碼 RNA 的表達

一項早期研究表明，前列腺腫瘤的 miRNA 水平低于良性前列腺組織，尤其是在雄激素非依賴性階段 [ 187 ]。另一方面，一些具有致癌功能的 miRNA 在前列腺癌中過度表達 [ 95 ]。已經(jīng)確定了雄激素敏感和抗性細胞系以及臨床樣本中的 miRNA 譜之間的差異 [ 188 ]。

在細胞外囊泡中發(fā)現(xiàn)的非編碼 RNA 正在被評估為前列腺癌生物標志物 [ 189 ]。已根據(jù)其上調(diào)或下調(diào)提出了從生物體液中分離的候選 miRNA，但目前還沒有相應的檢測方法在前列腺癌患者中常規(guī)使用 [ 189 ]。已經(jīng)研究了單個 lncRNA 用于前列腺癌檢測，并且用于測量前列腺癌抗原 PCA3 的尿檢被批準用于臨床 [ 190 ]。對 31 個正常鄰近癌和 143 個前列腺癌樣本的分析突出了具有腫瘤選擇性表達的不同 circRNA，這些 circRNA 可以在富含細胞外囊泡的血漿樣本中進一步檢測到，并代表潛在的生物標志物 [ 191 ]。

6. 蛋白質(zhì)組

蛋白質(zhì)組學技術(shù)用于估計細胞、組織或生物流體中的整套蛋白質(zhì) [ 192 , 193 ]。早期的研究大多基于二維凝膠電泳，只允許評估有限數(shù)量的蛋白質(zhì)。敏感的基于質(zhì)譜的方法以及改進的計算分析目前正在用于高通量、綜合方法，并且可能涉及或不涉及蛋白質(zhì)標記。現(xiàn)在已經(jīng)建立了相對和絕對量化的程序。目前的發(fā)展包括反相蛋白質(zhì)微陣列，它保證了健康、患病和治療組織之間的精確比較 [ 194]。此外，翻譯后蛋白質(zhì)修飾，例如磷酸化、泛素化或糖基化，現(xiàn)在也在廣泛研究中 [ 195 ]。

對體外或體內(nèi)生長的前列腺癌模型的蛋白質(zhì)組學研究對于深入了解與治療反應和耐藥性相關(guān)的因果修飾是卓有成效的 [ 194 ]。對不同雄激素依賴性和非依賴性細胞系的大規(guī)模研究使研究人員能夠發(fā)現(xiàn)與腫瘤進展和侵襲性相關(guān)的蛋白質(zhì) [ 196 , 197 ]。LNCaP 細胞中 AR 轉(zhuǎn)錄復合物的蛋白質(zhì)組學分析導致鑒定了許多對細胞增殖至關(guān)重要的相互作用因子 [ 198 ]。在前列腺癌細胞系中測定雄激素和抗雄激素對蛋白質(zhì)組的影響，并與轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進行比較 [ 199 , 200]。在一些情況下，注意到蛋白質(zhì)和轉(zhuǎn)錄水平之間的脫節(jié)，但較新的發(fā)現(xiàn)與整體更好的相關(guān)性有關(guān) [ 200 ]。最近一項關(guān)注雄激素應用后快速蛋白質(zhì)組修飾的工作表明，有五個蛋白質(zhì)簇參與雄激素信號傳導，這在患者樣本中得到了進一步驗證 [ 201 ]。

關(guān)于臨床樣本的大規(guī)模蛋白質(zhì)組學研究，現(xiàn)在發(fā)表了一些觀察結(jié)果 [ 194 ]。然而，針對原發(fā)性腫瘤的研究之間的重疊只是部分的，但參與代謝組學途徑（主要是脂肪酸合成）的蛋白質(zhì)顯示出一致的上調(diào)。與原發(fā)性腫瘤相比，轉(zhuǎn)移性腫瘤的脂質(zhì)代謝也會升高 [ 202 ]。在細胞周期和 DNA 損傷反應途徑發(fā)生最明顯改變的晚期前列腺癌中，研究之間的一致性更好 [ 203 ]。在一些情況下，可以評估與基因組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的相關(guān)性，但發(fā)現(xiàn)是有限的，強調(diào)了專門的蛋白質(zhì)組學研究的具體好處 [ 203, 204 , 205 ]。額外的相互作用組研究，主要集中在 AR 上，可以更好地理解與 FOXA1 和 HOXB13 等重要伙伴的串擾 [ 105 , 113 ]。對前列腺癌生長重要的其他相互作用組涉及 N-Myc 和 ERG。在這里，蛋白質(zhì)組學的努力也使研究人員能夠確定許多相互作用的伙伴 [ 145 , 206 ]。另一種方法側(cè)重于對患者血液樣本進行光譜檢查，并導致發(fā)現(xiàn)了 404 種與前列腺癌相關(guān)的蛋白質(zhì) [ 207 ]。此外，還證實了一種區(qū)分放療前和放療后患者的蛋白質(zhì)特征 [ 207]。最近對來自 22 名患者的正常和腫瘤前列腺組織的蛋白質(zhì)組學調(diào)查提出了與復發(fā)有關(guān)的特征，其中最突出的網(wǎng)絡涉及 YY1 轉(zhuǎn)錄因子 [ 208 ]。

還記錄了前列腺癌的翻譯后蛋白質(zhì)修飾的變化。LNCaP 細胞系的磷酸化蛋白質(zhì)組圖譜揭示了幾種 AR 輔助因子和重要的轉(zhuǎn)錄因子進行磷酸化 [ 209 ]。對在完整或去勢小鼠中生長的 LNCaP 異種移植物的檢查表明，涉及 yes 相關(guān)蛋白 1 (YAP1) 和 p21 激活激酶 2 [ 210 ] 的致癌途徑的磷酸化和激活增加。一項專門的磷酸化蛋白質(zhì)組學研究發(fā)現(xiàn)了參與前列腺癌轉(zhuǎn)移形成的明確激酶途徑 [ 211 ]。輻照 PC-3 細胞會迅速誘導磷酸化蛋白質(zhì)組的變化，并檢測到 AKT 和 MET 磷酸化增加 [ 212]。許多激酶和磷酸酶與 AR 相互作用，并且在臨床樣本中觀察到腫瘤進展過程中磷酸化蛋白質(zhì)組的變化 [ 213 ]。對前列腺癌組織樣本的全球磷酸化蛋白質(zhì)組學研究允許發(fā)現(xiàn)與進展相關(guān)的激酶靶點和途徑，這可能有助于患者分層和選擇最佳藥物 [ 214 ]。

蛋白質(zhì)泛素化是降解的標志，也是其他細胞過程的標志。重要的是，泛素連接酶銜接蛋白 SPOP 作為一種腫瘤抑制因子，在大約 11% 的原發(fā)性前列腺癌中發(fā)生突變 [ 215 ]。對表達癌癥相關(guān) SPOP 改變的前列腺上皮細胞模型中泛素組的全球調(diào)查表明，DEK 和 TRIM24 是必需的底物，并且 DEK 的穩(wěn)定性促進了細胞侵襲 [ 216 ]。它調(diào)節(jié)必需雄激素通路參與者的穩(wěn)定性，包括 AR、類固醇受體共激活因子 3 (SRC-3)、TRIM24 和 BRD4。TRIM24 和其他 TRIM E3 泛素連接酶直接相互作用并控制 AR 的功能 [ 217]。泛素通路中的其他幾個參與者在前列腺癌中發(fā)生了改變 [ 195 ]，但尚未報道對全球泛素組如何受到影響的廣泛調(diào)查。

隨著前列腺癌的進展，糖基化模式會發(fā)生多種變化，而前列腺是聚糖的主要來源 [ 218 ]。PSA、前列腺酸性磷酸酶和前列腺特異性膜抗原，由雄激素調(diào)節(jié)基因編碼并代表關(guān)鍵的前列腺癌標志物，經(jīng)歷廣泛的 N-糖基化 [ 218 ]。在前列腺癌進展過程中觀察到許多蛋白質(zhì)（包括細胞外基質(zhì)成分）的異常 N-糖基化 [ 219 ]。重要的是，參與糖基化的幾種酶的表達受雄激素控制 [ 220 ]。

7. 代謝組

可以使用高通量技術(shù)來識別和量化各種代謝物，例如細胞、組織或生物流體中的氨基酸、脂質(zhì)、核苷酸和糖類[ 221、222、223 ]。分析技術(shù)主要基于核磁共振光譜和質(zhì)譜。然而，由于對細胞氧化還原狀態(tài)的影響以及在 DNA 復制和轉(zhuǎn)錄中的作用，確定代謝組學變異對腫瘤進展的因果影響仍然存在問題 [ 224 ]。此外，代謝物的代表性覆蓋范圍仍然是當前方法的挑戰(zhàn)[ 225 ]。

已觀察到正常和癌性前列腺組織的代謝組之間的主要差異，主要在于脂質(zhì)和核苷酸代謝，以及三羧酸 (TCA) 循環(huán)、多胺合成和六胺生物合成途徑 [ 226 , 227 ]。升高的從頭脂肪生成是前列腺癌的一個標志 [ 186 ]，并且不同的脂質(zhì)形式在源自前列腺癌轉(zhuǎn)移的細胞系中上調(diào) [ 228 ]。雄激素會影響不同腫瘤階段的脂質(zhì)代謝，并且前列腺癌對脂肪酸的獨特依賴性來推動進展 [ 226 , 229 , 230 , 231 , 232]。脂質(zhì)譜現(xiàn)在幾乎可以映射到單細胞水平，并且?guī)醉椦芯勘砻?，前列腺腫瘤中會發(fā)生廣泛和異質(zhì)的重新布線[ 233 ]。脂質(zhì)代謝受到雄激素的刺激，并在對雄激素剝奪療法的抵抗中發(fā)揮作用 [ 186 ]。前列腺癌腫瘤與正常鄰近組織之間的比較揭示了膽固醇酯的高積累 [ 234 ]。另一項更大規(guī)模的研究比較了 220 名患者的前列腺癌和良性前列腺增生樣本，還顯示出與脂質(zhì)代謝相關(guān)的通路發(fā)生了顯著變化 [ 235]。在前列腺腫瘤中注意到磷脂酰肌醇和磷脂酰絲氨酸脂質(zhì)中單不飽和脂質(zhì)和拉長脂肪酸鏈的豐度增加，重要的是，對 AR 抑制有反應的患者的磷脂組成發(fā)生了改變 [ 236 ]。循環(huán)神經(jīng)酰胺的基線水平升高與 mCRPC 患者的總生存期較短有關(guān) [ 222 ]。

尿液代謝組學代表了一種快速而靈敏的策略，可用于確定前列腺癌的診斷生物標志物以及潛在的預后反應生物標志物。已經(jīng)提出了用于診斷預測的代謝特征[ 237 ]。正如獨立研究報告的那樣，許多代謝物，包括與能量產(chǎn)生、氨基酸代謝和 TCA 循環(huán)有關(guān)的幾種代謝物，在尿液中發(fā)生了改變 [ 223 , 238 ]。其中一些代謝變化在尿液和前列腺癌組織中是相似的 [ 221 ]。

8. 組學數(shù)據(jù)的整合

單一組學方法只能對發(fā)生在單個細胞水平上的變化給出狹隘的看法，這限制了我們對癌癥等復雜疾病背后因果關(guān)系的理解。此外，每種組學方法在實驗設置、技術(shù)限制和生物信息學分析方面都有其自身的局限性。表格1）。廣泛的多組學程序?qū)⒋蟠笤黾游覀儗Σ煌畔⑺街g相互作用的理解，并導致更全面地了解病理基礎的改變。圖1）。實現(xiàn)跨多項研究的橫向數(shù)據(jù)整合和各類組學研究的縱向數(shù)據(jù)整合對于生成完整的圖景至關(guān)重要 [ 239 ]。然而，這種整合只會加劇問題，與大量的生物變量和相對較少的生物樣本有關(guān)，使分析成為一個不平凡的問題。這需要開發(fā)適當?shù)慕y(tǒng)計分析和信息工具來整合可訪問的數(shù)據(jù)。已經(jīng)提出了主要基于多變量、相似性和網(wǎng)絡方法以及貝葉斯共識聚類的算法 [ 239 , 240 , 241]。一些方法對可以使用的數(shù)據(jù)類型有限制（例如，一些使用分子之間已知相互作用的網(wǎng)絡方法）和其他原則上適用于任何數(shù)據(jù)集組合的方法。后者的一個例子是 iCluster [ 242 ]，它已用于癌癥基因組圖譜計劃并包括前列腺數(shù)據(jù)，用于基于多個基因組數(shù)據(jù) [ 8 ] 對患者進行綜合聚類。多組學數(shù)據(jù)集成的數(shù)學和算法方面的更詳細評論可在其他地方獲得 [ 240 , 243 ]。

表格1

組學方法的優(yōu)缺點。

個別組學方法都有各自的優(yōu)點和缺點（表格1) 并且對于識別不同的關(guān)鍵調(diào)節(jié)途徑和發(fā)生在前列腺癌不同發(fā)展階段的改變至關(guān)重要表 2）。最近，多組學方法顯著擴展了我們對這種疾病的理解 [ 224 , 244 , 245 ]。已經(jīng)提出了一種新的多組學分類[ 246 ]，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了可能適合藥物干預的途徑，以及例如表觀基因組和代謝失調(diào)之間的串擾[ 224 ]。結(jié)合良性前列腺增生和惡性前列腺癌的基因組、轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組結(jié)果，揭示了與腫瘤表型相關(guān)的常見改變網(wǎng)絡 [ 247]。然而，如上所述，源自前列腺癌患者樣本的基因組、轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)的相關(guān)性通常是有限的?；蚩截悢?shù)、DNA 甲基化或轉(zhuǎn)錄本豐度不能可靠地預測前列腺癌進展過程中發(fā)生的蛋白質(zhì)組學變化，尤其是在晚期腫瘤中 [ 194 ]。事實上，臨床樣本的詳細蛋白質(zhì)組學評估已經(jīng)使研究人員能夠通過替代組學方法解開以前未預測與前列腺癌相關(guān)的途徑的作用[ 204 ]。其他兩項研究也報道了蛋白質(zhì)和 RNA 水平之間的有限相關(guān)性，即局部前列腺癌樣本和遠處轉(zhuǎn)移 [ 203 , 205]。這可能是由于生物材料儲存不當或分析的樣本數(shù)量不足 [ 245 ]。

表 2

使用不同組學方法在前列腺癌中發(fā)現(xiàn)的主要變化概述。

9. 結(jié)論和觀點

由于高通量技術(shù)的顯著進步，多組學方法現(xiàn)在正被深入研究，以深入研究個體癌癥類型及其對治療方案的反應[ 248、249、250、251 ]。可以在不同組織、腫瘤樣本和單個細胞中詳細研究多層次的細胞擾動。空間組學通過整合來自腫瘤微環(huán)境的數(shù)據(jù)增加了額外的復雜性。事實上，已經(jīng)使用空間轉(zhuǎn)錄組學方法從前列腺腫瘤的選定區(qū)域（包括正常、PIN 和癌癥區(qū)域）的活檢中觀察到基因表達譜的變異性 [ 252]?？紤]到腫瘤生態(tài)系統(tǒng)將大大提高我們未來對細胞間串擾的理解，并開辟精準醫(yī)學的新視野。

所有這些方法的計算方法的最新進展將極大地有助于解開正在發(fā)生的生物過程的相互作用以及負責從正常表型轉(zhuǎn)變?yōu)榘┬员硇偷臋C制。這將為疾病的早期檢測、風險分層和最佳治療策略的決策提供創(chuàng)新機會。然而，由于組學技術(shù)之間的異質(zhì)性、樣本相對較少和評估的變量數(shù)量非常多的數(shù)據(jù)維度災難、研究中的缺失值以及與存儲、注釋、解釋和處理相關(guān)的問題，許多挑戰(zhàn)仍然存在大量的數(shù)據(jù)集。

超過 2600 種人類癌癥和近 1200 種相關(guān)轉(zhuǎn)錄組的全基因組測序數(shù)據(jù)現(xiàn)在可從泛癌癥圖譜獲得 [ 253 ]。其他包含組學數(shù)據(jù)的門戶包括 Genomic Data Commons Data Portal、國際癌癥基因組聯(lián)盟、癌癥基因組圖譜、癌癥蛋白質(zhì)組圖譜、癌細胞系百科全書、cBioPortal 和癌癥體細胞突變目錄 [ 239 , 249 ]。顯然，由于復雜性、異質(zhì)性、缺乏協(xié)調(diào)性和不完整性等問題，所有可用信息的使用和最佳組合仍然存在限制，但正在提出先進的數(shù)據(jù)集成策略來改善這一點[ 241 , 249]。

來自綜合多組學方法的最新發(fā)現(xiàn)包括臨床反應的預測因子、新的潛在藥物靶點的識別、導致不同腫瘤類型耐藥性的化合物和機制的分析，以及細胞可塑性過程的發(fā)現(xiàn) [ 254 , 255 , 256 , 257 ]。醫(yī)學影像學的最新進展進一步補充了這一點，其中病理評估的可靠性已通過改進的分子成像技術(shù)以及人工智能和機器學提高 [ 224 , 244 , 258]?？偠灾?，這種關(guān)于腫瘤在各個疾病階段的復雜性和異質(zhì)性的知識不斷拓寬，將為患者推進知情的精準醫(yī)療策略。此外，它帶來了額外的希望，即在不久的將來可以使用量身定制的預防方法