研究背景

基因组不稳定性是肿瘤最重要的特征之一。结直肠癌发展过程中，存在微卫星不稳定 (Microsatellite instability, MSI, 15–20%) 和染色体不稳定 (Chromosomal instability,  CIN, 75–80%) 特征。MSI 主要是由 DNA 错配修复蛋白 (MMR) 表达缺失引起，并与氟尿嘧啶和免疫检查点抑制剂的疗效相关。然而，CIN 的分子机制尚不清楚。因此，探讨 CIN 的潜在分子机制，寻找预测 CIN 疗效的分子具有重要意义。

R-loop 是由 DNA 和 RNA 短暂交联形成的异源二聚体结构，参与许多重要的生理过程，如转录、翻译、免疫球蛋白形成等。R-loop 的调控主要通过一系列 R-loop 结合蛋白介导。这些蛋白的功能及表达异常影响基因组稳定性，及一系列生理过程紊乱。

来自中南大学湘雅医院谭嵘教授团队在 Cancers 期刊发表了文章，分析 R-loop 结合蛋白在结直肠癌患者中的表达特征，建立了基于 R-loop 结合蛋白分子亚型，评估了 R-loop 蛋白分子分型预测患者预后的有效性，揭示了分型与结直肠 CIN、微环境及化疗和靶向药物治疗疗效的关联性。

研究过程及结果

1 R-loop结合蛋白的表达分析揭示结直肠癌分子亚型

研究者通过既往的研究，鉴定出 204 个 R-loop 结合蛋白，利用这些蛋白，明确了两种具有不同预后的分子亚型 (CI 和 CII)，如图1所示。其中，CI 亚型具有 R-loop 结合蛋白高表达特征，其预后显著优于 CII 亚型-R-loop 低表达型。进一步构建了随机树模型，筛选出了贡献度最高的 14 个蛋白，这些蛋白能成为结直肠癌患者分子分型的标记物。

图 1. 分子亚型的鉴定。a. 鉴定 197 个R-loop结合蛋白。b. 利用 R-loop 结合蛋白进行无监督分型。c. Kaplan-Meier 曲线比较 CI 亚型和 CII 亚型的总生存期。d. 随机树模型计算出 Top20 基因。e. 鉴定在随机树模型中最重要的 14 个基因。

2 分子亚型与基因组不稳定性

通过分析亚型中的分子特征，研究者发现 CI 亚型患者的染色体不稳定频率显著高于 CII 亚型。同时，分析不同亚型患者中的平均拷贝数变异评分，CI 亚型的评分也显著高于 CII，进一步佐证了 CI 亚型患者的基因组不稳定性明显高于 CII 亚型患者 (图 2)。

图 2. 分子亚型的基因组特征分析。a-b. 亚型患者的临床特征和分子特征概览。c-d. 亚型患者的转录亚型分布。e-f. 亚型患者的拷贝数变异评分。

3 分子亚型与肿瘤微环境的关系

通过 GESA 富集分析，发现 CI 亚型主要富集到 mRNA 进程以及核糖体生成信号通路，CII 亚型主要富集到免疫调控信号通路。通过 CIBERSOR，Xcell 和 ESTIMATE 算法，发现 CII 亚型的淋巴细胞评分明显升高，主要为巨噬细胞比例显著高于 CI 亚型。同时，分析不同亚型中的免疫调控因子，发现 CII 亚型中的免疫抑制配体 (TGFB1，TNFSF4) 的表达显著高于 CI 亚型，因此，CII 亚型中可能存在免疫抑制微环境 (图 3)，这可能是 CII 亚型患者预后更差的原因之一。

图 3. 分子亚型的免疫特征分析。a-b. 亚型富集的信号通路。c. 亚型的淋巴细胞预测比例。d. 亚型的巨噬细胞预测比例。e-f. 亚型的免疫调控因子表达水平。

4 分子亚型与与药物预测

为了进一步探讨 R-loop 分型与治疗相干性，本研究将结直肠癌细胞系分为 R-loop 结合蛋白高低表达两型，以此来预估患者对药物治疗的敏感性。发现 CI 亚型对 EGFR 信号通路药物及基因组稳定性药物更加敏感，GESA 分析发现 CI 亚型富集到 MAPK 通路，DNA 复制及 DNA 损伤通路。结果提示这些药物在 CI 亚型患者中可能存在潜在的临床价值 (图 4)。

图 4. 分子亚型的药物敏感性分析。a. 结直肠癌细胞亚型的鉴定。b. 亚型对EGFR通路药物的敏感性。c. Reactome 分析亚型富集的信号通路。d. 亚型对基因组稳定性药物的敏感性。e. GSVA 分析亚型富集的信号通路。

研究结论

本研究提供了新发现的 R-loop 结合蛋白与结直肠癌发生的关联，以及它们在塑造染色体不稳定性和肿瘤微环境中的综合作用。更重要的是，该项研究表明了这些蛋白在诊断和治疗策略中的应用前景。结直肠癌分子亚型的确定对于结直肠癌的诊疗至关重要，有助于为结直肠癌患者提供更佳的治疗选择，从而改善患者的临床获益。

原文出自 Cancers 期刊

Zhao, W.; Pei, Q.; Zhu, Y.; Zhan, D.; Mao, G.; Wang, M.; Qiu, Y.; Zuo, K.; Pei, H.; Sun, L.-Q.; Wen, M.; Tan, R. The Association of R-Loop Binding Proteins Subtypes with CIN Implicates Therapeutic Strategies in Colorectal Cancer. Cancers 2022, 14, 5607.

Cancers 期刊介绍

主编：Samuel C. Mok, The University of Texas MD Anderson Cancer Center, USA

期刊主题涵盖癌症治疗和免疫疗法、癌症生物标志物、流行病学和预防、肿瘤微环境、癌症病因和筛查、诊断和护理、癌症分子生物学等肿瘤学领域各个方面。目前，期刊已被 SCIE、Scopus 等重要数据库收录。

2021 Impact Factor：6.575

2021 CiteScore：5.8

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Time to Publication：40 Days