GSTP1

过去十年间，肝细胞癌（HCC）的发病率和死亡率显著上升，预计到2040年，新增病例将增加55%，死亡率也将上升56.4%。尽管治疗方法有所进展，但晚期诊断和高复发率依然是主要挑战。HCC的主要风险因素包括乙型和丙型肝炎病毒感染、酒精摄入以及由肥胖引发的非酒精性脂肪性肝炎（NASH）。近年来，蔗糖和高果糖玉米糖浆的过量摄入导致肥胖和代谢相关脂肪性肝病（MAFLD）增加，MAFLD与HCC密切相关，但蔗糖在HCC发生中的具体机制尚不清楚。 近日，墨西哥国家基因组医学研究所Julio Isael Pérez-Carreón研究团队在Sci Rep发表了题为Intriguing hepatoprotective effects of sucrose on hepatocellular carcinoma pathogenesis的研究论文，揭示了蔗糖摄入对肝癌模型中肝脏的保护效果。 研究表明，蔗糖通过调节脂质代谢和氧化应激反应，改善了肝脏结构，减轻了纤维化和肿瘤形成，同时降低了肝癌标志物的表达，抑制了细胞增殖。这一研究为蔗糖在肝癌中的潜在作用提供了新的见解。 本研究主要通过在大鼠模型中使用二乙基亚硝胺（DEN）诱导肝癌，并联合蔗糖，探讨其对HCC发展的潜在影响。实验结果显示，蔗糖和DEN联合使用的大鼠在18周后体重有所恢复，胰腺重量增加，而单独使用DEN的大鼠则表现出显著的体重下降和器官重量减少。 组织学分析显示，DEN处理组的肝脏结构严重受损，表现出明显的纤维化和肿瘤形成。然而，联合使用蔗糖的组别显示出较轻的纤维化和更为正常的肝脏结构，表明蔗糖在一定程度上改善了DEN诱导的肝脏损伤。 图1. 食用蔗糖可减少实验性HCC中的组织学改变、纤维化、肝硬化和肝酶水平 研究结果 1. 蔗糖改善肝脏结构 蔗糖摄入组的肝脏脂质代谢有所恢复，尤其是在结节和非结节区域，肝脏中脂肪的积累与对照组相似，这表明蔗糖能够缓解DEN引发的脂质代谢紊乱。在肝功能和脂质代谢方面，虽然ALT水平在DEN组显著升高，但在蔗糖处理组中得到了部分缓解，AST水平在各组间无明显差异。 血清脂肪酸和甘油三酯的分析显示，与单独使用DEN的大鼠相比，蔗糖摄入组的脂质水平显著增加，提示蔗糖在减轻DEN诱导的脂质代谢紊乱方面发挥了作用。 图2. 蔗糖消耗可减轻甘油三酯和血清游离脂肪酸的减少，在肿瘤前和肿瘤HCC阶段恢复肝实质中的中性脂质 2. 蔗糖降低肝癌标志物的表达 基因表达和肿瘤标志物的分析进一步支持了这一观点。蔗糖摄入组中与肝癌相关的标志物Gstp1和Ggt1的表达显著低于DEN组，同时，免疫荧光结果表明蔗糖摄入显著降低了Ki-67阳性细胞的数量，表明肝细胞增殖活动减少。 3. 蔗糖抑制氧化应激反应 蔗糖还通过下调KEAP1和NRF2基因的表达，抑制了氧化应激反应，这可能是其发挥肝脏保护作用的机制之一。在脂质代谢相关基因的分析中，蔗糖摄入显著增加了脂肪酸结合蛋白（Fabp1）的表达，同时减少了CD36和Caveolin-1（Cav1）的表达，这表明蔗糖对脂质代谢的调控有积极作用，特别是在脂质运输和氧化应激的调节上。此外，CD36蛋白的免疫荧光分析显示，蔗糖摄入显著抑制了CD36在肝脏中的表达。 图3. 在实验性HCC中，食用蔗糖可减少肿瘤发展并减少Ki-67增殖标志物 图4. 蔗糖对实验性HCC中KEAP1和NRF2的影响 综上所述，该研究发现蔗糖在一定条件下能够减轻DEN诱导的肝纤维化和肿瘤形成，并改善肝脏脂质代谢，表明蔗糖通过调控脂质代谢和氧化应激反应，对肝细胞癌的发展具有潜在的保护作用。 这一发现挑战了传统上对高糖饮食与癌症发展之间的负面关联，为未来关于糖类摄入与肝癌之间关系的研究提供了新的视角。 参考文献： Aguirre-Maldonado I, Herrera-López EE, López-Zenteno F, et al. Intriguing hepatoprotective effects of sucrose on hepatocellular carcinoma pathogenesis. Sci Rep. 2024;14(1):23689. Published 2024 Oct 10. doi:10.1038/s41598-024-74991-4 本文仅用于学术分享，转载请注明出处。若有侵权，请联系微信：bioonSir 删除或修改！ 点击下方「阅读原文」，前往生物谷官网查询更多生物相关资讯~

本文为转化医学网原创，转载请注明出处  作者：Jerry 导读：虽然传统上认为ABCC2是一种多药耐药相关蛋白，与较差的预后相关，但之前和其它几项研究表明，胃癌(GC)的情况与此相反。研究人员的目标是探索这一发现的潜在机制。 8月2日，北京大学研究团队在期刊《Clinical And Translational Medicine》上发表了研究论文，题为“ABCC2 induces metabolic vulnerability and cellular ferroptosis via enhanced glutathione efflux in gastric cancer”，本研究中，研究人员发现ABCC2高表达与较好的预后相关，rs717620可通过干扰ETS1和SOX9的结合影响ABCC2的表达。GC细胞系的功能获得和功能丧失实验表明，氨基酸剥夺降低了ABCC2-high GC细胞的增殖，迁移和耐药性。ABCC2导致细胞内氨基酸库减少和细胞能量代谢中断。这种现象是由ABCC2介导的谷胱甘肽（GSH）外排引起的，从而导致氧化还原状态的变化，进而增加细胞对铁死亡的易感性。此外，研究人员还使用了患者来源的器官样组织和肿瘤样细胞群来观察ABCC2对治疗效果的影响。在ABCC2表达较高的异种移植模型中，研究人员观察到限制氨基酸摄入并抑制GPX4活性可导致明显的肿瘤消退。综上，研究结果表明，ABCC2通过介导GC中的GSH外排在氨基酸代谢和铁死亡中发挥重要作用。这一发现强调了联合多个铁死亡靶点作为ABCC2高表达胃癌有前景的治疗策略的潜力。 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ctm2.1754 背景知识  01  胃癌是全球第五大恶性肿瘤，也是癌症相关死亡的第三大原因，2020年全球胃癌新发病例为1 089 103例，死亡人数约为768 793例。胃癌的常用治疗方法包括5-氟尿嘧啶(5-Fu)和铂类药物，这些药物引起的患者反应不同。由于其复杂的动态分子背景，胃癌是一种高度异质性的恶性肿瘤。因此，阐明驱动胃癌进展的分子机制对于开发新的有效治疗策略至关重要。 在之前的一项研究中，研究团队在一组接受新辅助化疗的胃癌患者中检测了几个基因的遗传变异，包括MTHFR、DPYD、UMPS、ABCB1、ABCC2、GSTP1、ERCC1和XRCC1。研究人员发现ABCC2-24C > T (rs717620)基因型与化疗效果和患者结局相关。其与胃癌的相关性及机制有待进一步明确。 ABCC2是ATP结合盒亚家族C的成员，发挥外排转运蛋白的作用，转运葡萄糖醛酸盐、硫酸盐和谷胱甘肽等阴离子型药物偶联物。它还促进了抗癌药物的运输，包括顺铂、长春花碱和喜树碱衍生物。多项研究证实，ABCC2的过表达使肿瘤细胞获得多药耐药。然而，最近的研究表明，ABCC2与接受FOLFOX-4治疗的结肠癌患者的无病生存率增加相关。ABCC2在结直肠癌细胞中的表达增加已被证明可增强对奥沙利铂治疗的反应。这一发现提示ABCC2可能在肿瘤进展中通过替代途径发挥抗癌药物的作用，而不仅仅是在胃癌的多药耐药中发挥作用。 谷胱甘肽(GSH)作为ABCC2的底物，是哺乳动物细胞中主要的抗氧化剂，也是GPX4的首选底物。GSH耗竭直接影响GPX4活性和稳定性，使细胞更容易发生铁死亡，铁死亡是一种独特的调节性细胞死亡形式，其特征是代谢功能障碍导致的广泛脂质过氧化。许多氨基酸代谢途径最近被发现与铁死亡相关。例如，促进三羧酸(TCA)循环的谷氨酰胺分解与氨基酸饥饿引发的坏死性细胞死亡有关，最终导致铁死亡。虽然ABCC2在GSH从肝细胞外排至胆管中起重要作用，但其在胃癌谷胱甘肽代谢和铁死亡中的作用尚不清楚。 饥饿导致的谷胱甘肽水平降低可诱发铁死亡  02  通过对TCGA数据进行相关性分析，研究人员发现铁死亡基因特征与ABCC2存在相关性。此外，来自ABCC2敲除细胞系和ABCC2低表达组织样本的RNA测序结果显著富集了铁死亡通路。研究人员使用liperfluo检测不同细胞系的过氧化脂质(LPO)。在ABCC2高表达细胞株中观察到LPO的积累，而在低表达细胞株中未观察到LPO的积累。透射电镜证实了铁死亡细胞的发生。研究还证实ABCC2促进营养剥夺诱导的铁死亡。蛋白质免疫印迹检测不同营养条件下胃癌细胞株中ABCC2表达与SLC7A11和GPX4的相关性。在正常营养条件下，ABCC2的表达对SLC7A11和GPX4的水平无显著影响。然而，在氨基酸剥夺条件下，ABCC2的高表达导致GPX4的水平显著降低，但不影响SLC7A11的表达。将不同水平ABCC2表达的细胞系暴露于铁死亡诱剂RSL3和抑制剂(ferrostatin-1)，以评估其对铁死亡的易感性。与ABCC2高表达细胞株相比，RSL低表达细胞株的细胞内脂质过氧化物水平降低(p < 0.05)。Ferrostatin-1显著提高了ABCC2过表达细胞株的生存，表明铁死亡在其死亡中起作用。结果表明，ABCC2表达水平影响胃癌细胞对铁死亡的易感性。 Liperfluo检测在营养剥夺条件下模拟肿瘤微环境条件下细胞内脂质过氧化变化 ABCC2与RSL3协同诱导体内铁死亡  03  为了进一步验证ABCC2在人胃癌中的作用，研究人员使用胃癌肿瘤组织建立了患者来源的类器官(PDO)模型，并用RSL3处理这些类器官并评估其生长情况。PDOs的生长速度表明，与ABCC2高表达的类器官相比，RSL3更有效地抑制了ABCC2低表达的类器官的活力。此外，Fer-1可有效提高ABCC2高表达类器官的活力。同时，研究人员使用患者来源的肿瘤样细胞簇(ptc)来模拟ABCC2 24C > t的临床相关性。手术切除后立即收集的PTC可以更好地模拟肿瘤微环境并保留原始肿瘤的基因型和表型，为化疗结果提供准确的预测。研究人员观察到具有ABCC2 24C > T的PTC对奥沙利铂和伊立替康的耐药性显著降低, 在其他化疗药物中观察到类似的趋势。 基于上述体外研究结果，研究人员通过皮下注射7901 vector细胞和7901 ABCC-KO细胞建立了NOD-SCID小鼠异种胃移植模型。在正常条件下，7901 ABCC-KO组的肿瘤重量和大小与对照组无显著差异。此外，研究结果表明，在饥饿条件下，SGC-7901 ABCC-KO组与对照组相比，肿瘤重量和大小显著增加。与ABCC2敲除组相比，经RSL3处理的ABCC2高表达组的肿瘤大小和质量显著降低。另外，ABCC2高表达的对照组中GSH水平显著降低，而MDA水平相应显著升高，支持ABCC2在胃癌细胞铁死亡中的关键作用。这些发现进一步证实了ABCC2在胃癌中的肿瘤抑制活性，并提示其作为胃癌预测生物标志物的潜力。 研究小结  04 在本研究中，研究人员进行了基于多队列的综合分析，以阐明ABCC2可以通过谷胱甘肽外排导致AA代谢紊乱，介导脂质过氧化的诱导，最终导致铁死亡的GC细胞。本研究强调了多个铁死亡靶点的联合治疗ABCC2水平升高的胃癌的潜力，这有可能揭示胃癌的发病机制，并有助于开发新的治疗策略。 参考资料： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ctm2.1754 声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！ 长按关注本公众号  粉丝群/投稿/授权/广告等 请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓

引言 遗传变异影响基因表达和剪接，是导致人类表型多样性的主要因素之一。尽管这类研究非常宝贵，但其参与者主要是欧洲血统人群，导致结果的普适性受限，并且对进化研究的贡献有限。为了解决这些问题，7月17日Nature的研究报道“Sources of gene expression variation in a globally diverse human cohort”，开发了MAGE（Multi-Ancestry Gene Expression），一个开放获取的RNA测序数据集，涵盖了来自1000 Genomes Project的731名个体，分布于全球五大洲的26个种群。 多年来，基因表达与剪接的遗传变异研究为揭示这些分子特征与更高层次表型之间的关系奠定了基础。然而，这些研究往往忽略了非欧洲血统的个体，限制了研究结果的广泛应用性。例如，遗传关联研究（GWAS）大多集中在欧洲血统人群，这可能导致在其他种群中的预测准确性降低，并且难以发现那些在其他种群中特有的重要变异。因此，研究多样化人群中的基因表达和剪接变异显得尤为重要。 MAGE项目通过对1000 Genomes Project中731个淋巴母细胞系的RNA测序，量化了基因表达和剪接的多样性，提供了高分辨率的基因变异与基因表达和剪接之间的关联图（cis-eQTL和cis-sQTL）。研究发现，大部分基因表达（92%）和剪接（95%）的变异存在于种群内部，这与DNA序列变异的分布情况一致。研究人员还发现了超过15000个潜在的因果eQTL和超过16000个潜在的因果sQTL，其中有1310个eQTL和1657个sQTL主要存在于未被充分研究的种群中。 这些发现表明，不同种群间基因表达和剪接的效应大小和方向高度一致，之前观察到的“种群特异性”效应主要是由于研究分辨率低或未检测到的独立eQTL所致。这意味着通过更高分辨率和更全面的数据集，我们可以更准确地理解基因表达和剪接的遗传变异。 MAGE项目不仅扩展了我们对人类基因表达多样性的理解，还为研究人类基因组的进化和功能提供了一个包容性资源。通过结合现有的全基因组测序数据，MAGE将成为未来研究人类基因表达和剪接多样性的宝贵资源，推动个性化医疗和进化生物学的研究进展。 总的来说，MAGE项目强调了在遗传研究中纳入多样化样本的重要性。这不仅提高了因果变异识别的分辨率，还为研究这些变异在不同人群中的作用机制提供了更全面的视角。通过MAGE，能够更好地理解基因表达和剪接变异对人类表型多样性的贡献，从而为个性化医疗提供更有力的科学依据，并推进基因组学领域的发展。 在人类基因组学研究中，基因表达和剪接的遗传变异是影响表型多样性的重要因素。然而，现有的大多数研究主要集中在欧洲血统的个体，这限制了研究结果的普适性，并且在很大程度上妨碍了对不同人种之间遗传差异的理解。为了填补这一空白，研究团队开发了MAGE（Multi-Ancestry Gene Expression），一个开放获取的RNA测序数据集，涵盖了来自1000 Genomes Project的731名个体，这些个体分布在全球五大洲的26个种群中。 MAGE项目通过对1000 Genomes Project中731个淋巴母细胞系（LCLs）的RNA测序，量化了基因表达和剪接的多样性。研究样本分布在五大洲的26个种群中，每个种群包含27-30个个体，确保了数据的多样性和代表性。 所有样本均在一个实验室内通过17个批次进行测序，样本群体在批次之间进行分层，以避免群体和批次之间的混杂。基因表达水平使用GENCODE (v.38)的基因注释进行量化，替代剪接模式则采用了LeafCutter方法进行量化。 为了确保数据的准确性和可靠性，研究人员使用了一系列生物信息学工具和软件，包括： ADMIXTURE：用于分析遗传混合情况。 Plink：进行基因型数据处理和质量控制。 Salmon和tximport：用于转录本定量。 STAR：进行RNA序列比对。 LeafCutter：用于量化和分析替代剪接事件。 regtools：结合RNA-seq数据和变异信息进行分析。 MANTA：用于结构变异检测。 DESeq2：进行差异表达分析。 此外，研究还使用了线性模型来评估不同种群间的基因表达和剪接变异，控制了测序批次和性别等因素对结果的影响。 MAGE数据集中基因表达和剪接变异的全球多样性（Credit: Nature） RNA测序数据的来源：图a显示了来自1000 Genomes Project（1KGP）的731个个体的淋巴母细胞系（LCLs）的RNA测序数据，这些个体分布在全球五大洲的26个种群中。每个种群大约有27-30个个体。 图b-d展示了不同种群和大洲组之间的基因型主成分分析（PCA）和ADMIXTURE分析的结果，这些结果显示了不同种群之间的遗传差异和混合情况。 基因型主成分分析（PCA）：图b显示了MAGE数据集与其他大型RNA和全基因组测序数据集（如Geuvadis、GTEx和AFGR）的基因型主成分1（PC1）和主成分2（PC2）的比较。结果表明，MAGE数据集包括了以前研究中未充分代表的非洲血统和其他非欧洲血统的群体。图c展示了前十个主成分解释的变异比例，显示了基因型数据在不同种群之间的变异情况。 ADMIXTURE分析：图d显示了不同个体基因组成分的ADMIXTURE分析结果。结果表明，不同个体的基因组成分可以归因于不同的祖先成分，这些成分在不同种群中有显著的差异。 基因表达和剪接多样性 研究发现，基因表达（92%）和剪接（95%）的变异主要分布在种群内部，而不是种群之间，这与DNA序列变异的分布情况一致。这一发现表明，尽管不同种群之间存在遗传差异，但大多数基因表达和剪接的变异实际上是在个体内部进行的。 遗传变异对基因表达的影响 通过MAGE数据集，研究人员绘制了遗传变异与邻近基因的表达和剪接（分别称为cis-eQTL和cis-sQTL）之间的关联图，发现了超过15000个潜在的因果eQTL和超过16000个潜在的因果sQTL。这些QTLs富集在相关的表观基因组特征中，表明它们在基因调控中具有重要作用。 特定种群中的QTL 其中有1310个eQTL和1657个sQTL主要存在于未被充分代表的种群中。例如，在非洲裔、拉丁美裔等群体中，研究识别出一些特有的QTLs，这些QTLs在欧洲血统的个体中很少甚至不存在。这些发现对于理解不同人群中的遗传变异具有重要意义。 QTL效应的一致性 研究表明，因果eQTL效应的大小和方向在不同种群中高度一致。以往研究中观察到的“种群特异性”效应主要是由于分辨率低或未检测到的同一基因的其他独立eQTL所致。这一发现对预测应用（如多基因风险评分和转录组关联研究）具有重要意义，因为它表明，如果能够充分控制全局遗传背景的影响，因果变异的效应在不同种群之间通常不会有显著差异。 进化选择的证据 研究还揭示了选择压力对基因表达变异的影响。通过对选择约束指标（如pLI (probability of loss-of-function intolerance)）的分析，发现与基因表达相关的变异在多个细胞和组织类型的调控区域中高度富集。这表明，自然选择在塑造人类基因表达变异方面发挥了重要作用。 功能注释和共定位分析 研究人员还进行了功能富集分析和共定位分析，以探索基因表达和剪接变异的功能意义和潜在机制。结果表明，许多eQTL和sQTL与已知的调控区域和表观基因组特征高度重叠，这进一步支持了这些变异在基因调控中的重要作用。例如，在调控基因表达的启动子区域和增强子区域发现了显著富集的eQTL信号。 与复杂性状的关联 为了进一步探讨基因表达相关的遗传变异在复杂性状中的作用，研究团队还分析了这些QTLs与已知的全基因组关联研究（GWAS）信号的共定位情况。结果发现，有54个GWAS信号与MAGE中的eQTL和sQTL信号共定位，这表明这些QTLs可能在调控这些复杂性状中发挥重要作用。例如，一个与血小板计数相关的GWAS信号与TPM4基因的eQTL共定位，这提示该基因可能在血小板功能中具有重要作用。 不同种群中的eQTL频率和效应存在显著差异，这些差异对基因表达水平有重要影响（Credit: Nature） eQTL的全球频率分布：图a展示了MAGE数据集中15,664个细分eQTL在不同大洲群体中的等位基因频率（AF）分布。结果表明，不同种群中的eQTL等位基因频率差异显著，部分eQTL在某些种群中特有或更为常见。 特定种群的eQTL示例：图b和图c详细展示了一个特定eQTL（rs115070172）的等位基因频率和基因表达关联。这个eQTL在混合美洲群体中T等位基因频率较高（AF > 0.05），在秘鲁人群中频率更高（AF = 0.63）。T等位基因显著关联于GSTP1基因表达水平较低。 不同群体间的基因表达差异：图d显示了GSTP1基因在秘鲁人群（PEL）和其他全球人群中的表达水平差异，结果表明秘鲁人群中的GSTP1基因表达显著低于其他群体。这种差异可能是由特定eQTL的频率分布差异引起的。 eQTL与基因表达差异的关联：图e展示了各大洲群体之间的基因表达差异（FDR调整后的P值≤0.05）与eQTL的FST值之间的关联。结果表明，基因表达差异显著的基因其eQTL具有较高的FST值，表明eQTL频率差异在不同种群间基因表达差异中起重要作用。 eQTL效应大小的一致性：图f比较了单一因果变异模型和多个潜在因果变异模型中显著基因型与大陆群体间相互作用的数量。结果显示，在考虑单一因果变异的模型中，有70个eQTL表现出显著的相互作用效应（Bonferroni校正后）。然而，当考虑多个潜在因果变异时，这些相互作用效应大多消失，表明多因果变异的加性效应可能导致了表观的相互作用效应。 MAGE项目的开发和分析不仅扩展了我们对人类基因表达和剪接多样性的理解，还为研究人类基因组的进化和功能提供了一个包容性资源。通过结合现有的全基因组测序数据，MAGE将成为未来研究人类基因表达和剪接多样性的宝贵资源，推动个性化医疗和进化生物学的研究进展。 这项研究还强调了在遗传关联研究中纳入多样化样本的重要性。通过增加样本的多样性，可以提高因果变异识别的分辨率，并更全面地理解这些变异在不同人群中的作用机制。总的来说，MAGE项目为理解基因表达和剪接变异对人类表型多样性的贡献提供了重要的科学依据，为未来的基因组学研究提供了重要的参考和数据支持。 MAGE数据集的开发和应用展示了在多种族背景下研究基因表达和剪接变异的巨大潜力。通过高分辨率的QTL绘图和丰富的功能注释，这项研究为未来的基因组学和个性化医学研究提供了宝贵的资源和新的见解。 参考文献 Taylor DJ, Chhetri SB, Tassia MG, Biddanda A, Yan SM, Wojcik GL, Battle A, McCoy RC. Sources of gene expression variation in a globally diverse human cohort. Nature. 2024 Jul 17. doi: 10.1038/s41586-024-07708-2. Epub ahead of print. PMID: 39020179. https://www.nature.com/articles/s41586-024-07708-2 责编|探索君 排版|探索君 转载请注明来源于【生物探索】 End 往期精选 围观 一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版） 热文 Cell | 是什么决定了细胞的大小？ 热文 Nature | 2024年值得关注的七项技术 热文 Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望 热文 CRISPR技术进化史 | 24年Cell 综述