综合系统生物学分析揭示剪接因子对皮肤黑色素瘤进展的作用

《Scientific Reports》：Comprehensive systems biology analysis reveals splicing factor contributions to cutaneous melanoma progression

为探索皮肤黑色素瘤（CM）新靶点，研究人员开展相关研究，发现 U2SURP 或可成治疗靶点。

　　皮肤黑色素瘤（Cutaneous melanoma，CM）是一种极具侵袭性的皮肤癌，犹如潜伏在人体皮肤中的 “杀手”。它转移能力强，预后情况差，晚期患者五年生存率仅有 4.6%。尽管目前有多种临床治疗手段，但多数患者确诊时已处于中晚期，错过最佳治疗时机。

在基因表达调控的 “神秘世界” 里，可变剪接（Alternative splicing，AS）是一个重要机制。它就像一把神奇的 “剪刀”，能对前体 mRNA 进行不同方式的剪接，产生多种成熟 mRNA 转录本。然而，肿瘤发生时，这把 “剪刀” 会 “失控”，异常的可变剪接成为癌症发展的标志之一。剪接因子在可变剪接过程中起着关键作用，它们如同 “指挥官”，识别前体 mRNA 的剪接位点并组装剪接体。越来越多证据表明，剪接因子通过调控可变剪接事件，推动多种癌症的发展，在 CM 中也不例外。此前研究虽已发现一些与 CM 相关的剪接因子，但仍有更多潜在的剪接因子等待被发现。因此，深入探究异常可变剪接事件及其调控剪接因子，对揭示 CM 的发病机制、寻找新的治疗靶点至关重要。

郑州大学、同济大学附属上海第十人民医院、上海大学的研究人员为解决这一难题，开展了一项系统生物学研究。他们旨在通过系统生物学方法，从全转录组水平识别与 CM 相关的候选剪接因子，并阐明其在 CM 进展中的作用。该研究成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。首先，从 TCGA SpliceSeq 数据库获取 CM 的可变剪接事件数据，从 SpliceAid2 数据库及相关文献确定剪接因子，并对其表达数据进行处理。接着，利用 Cox 回归分析和受试者工作特征（ROC）曲线筛选与患者生存相关的可变剪接事件；通过 Spearman 相关性分析构建可变剪接事件与剪接因子的关联网络，筛选候选剪接因子。之后，运用多种生物信息学分析方法，结合细胞实验，如细胞转染、qRT-PCR、Western blot、细胞增殖和迁移实验等，对候选剪接因子的功能进行验证。

研究结果如下：

• 临床特征与可变剪接事件筛选：分析 98 例 CM 患者样本，发现该队列中男性 58 例、女性 40 例，中位年龄 63 岁，死亡率达 21.89%。从 70,084 个可变剪接事件中筛选出 390 个与患者生存相关的事件，为后续研究奠定基础。
• 剪接因子筛选与网络构建：经筛选确定 404 个剪接因子，其中 121 个与患者预后显著相关。基于这些因子与可变剪接事件的相关性构建关联网络，确定 MATR3、SRSF10、PRPF38B、ZNF131、U2SURP 这 5 个剪接因子为候选因子。
• 候选剪接因子特征分析：通过单变量 Cox 回归分析，发现这 5 个候选剪接因子均与患者生存显著相关。与正常皮肤组织相比，MATR3、SRSF10 和 U2SURP 在肿瘤组织中显著高表达。考虑到 U2SURP 与患者生存相关性最高且其在 CM 中的功能未知，研究人员对其展开深入研究。
• U2SURP 功能分析：对 U2SURP 相关可变剪接事件对应的基因进行功能富集分析，发现这些基因参与蛋白质结合、糖异生的正调控、细胞生长的负调控等过程，以及代谢途径、内质网中的蛋白质加工等通路。进一步研究发现，U2SURP 基因表达与免疫浸润评分、多种免疫细胞浸润水平以及免疫检查点基因 PD-1 表达呈显著负相关，提示其可能是肿瘤免疫治疗的潜在靶点。单细胞分析显示，U2SURP 基因表达与 CM 细胞的增殖、分化等关键过程正相关。在 CM 细胞系中，U2SURP 的 mRNA 和蛋白质水平均显著高于正常黑色素细胞。敲低 U2SURP 表达后，CM 细胞的生存、增殖和迁移能力明显下降。

研究结论与讨论部分指出，本研究运用系统生物学方法结合分子细胞生物学实验，成功识别出与 CM 相关的候选剪接因子，首次揭示 U2SURP 在 CM 中的作用，表明其可能是 CM 的潜在治疗靶点。研究采用的双变量 Cox 回归结合 ROC 分析，能更全面地筛选可变剪接事件；基于关联网络筛选剪接因子的方法也具有创新性。不过，该研究存在一定局限性，如仅在一种细胞系进行体外实验，未在临床队列中验证 U2SURP 的表达和作用，其上下游调控机制也有待进一步研究。未来，研究人员将利用裸鼠荷瘤实验等深入探究 U2SURP 对 CM 的致癌机制，运用 CITE-Seq 和 DBIT-based 空间 3D 技术在更大样本集和临床样本中研究其作用机制，为 CM 的治疗提供新方向和理论依据。

总之，这项研究为 CM 的研究开辟了新道路，虽然还有许多未知等待探索，但它为后续研究奠定了坚实基础，有望在未来为 CM 患者带来新的治疗希望。