全基因组筛选与验证：外泌体源性 TLN1—— 肺癌上皮 - 间质转化（EMT）的关键调控因子及潜在诊疗新靶点

《Scientific Reports》：Genome-wide screening and validation of exosome-derived TLN1 as a regulator of epithelial–mesenchymal transition in lung cancer

肺癌严重威胁全球健康，其转移和复发是治疗难题。为探究外泌体在肺癌上皮 - 间质转化（EMT）中的作用，研究人员开展相关研究。通过构建计算流程，他们鉴定出 25 个外泌体来源的 EMT 基因，验证了 TLN1 促进肺癌转移，为肺癌诊断和治疗提供了潜在新靶点。

　　肺癌，作为全球癌症相关死亡的主要原因，严重威胁着人类健康。其高死亡率主要源于癌细胞的转移和复发，一旦扩散至远处器官，患者的预后往往较差。上皮 - 间质转化（EMT）在肺癌的侵袭和转移过程中发挥着关键作用，它使上皮细胞失去极性和细胞间连接，获得间质细胞的特性，从而具备更强的迁移和侵袭能力。

目前，虽然已知 EMT 在肺癌进展中意义重大，但对于肺癌中这些关键 EMT 分子的来源却知之甚少。外泌体作为细胞间通讯的重要媒介，可运输多种生物活性成分，在癌症发展中扮演着重要角色。然而，外泌体衍生蛋白在 EMT 中的具体作用，尤其是在肺癌中的作用，仍存在诸多未知。一方面，外泌体的分离和鉴定存在技术挑战，限制了对其功能的深入研究；另一方面，缺乏功能研究来证实外泌体衍生蛋白与 EMT 之间的因果关系，其调控机制和临床相关性也有待进一步探索。因此，深入研究外泌体在肺癌 EMT 中的作用，寻找潜在的诊断和治疗靶点，成为了亟待解决的问题。

为了攻克这些难题，天津医科大学肿瘤医院、南开大学等机构的研究人员开展了一项关于肺癌中外泌体衍生的 EMT 调节因子的研究。他们通过全基因组筛选和实验验证，旨在系统地识别和验证外泌体衍生的 EMT 调节因子，并评估其作为诊断生物标志物的潜力。该研究成果发表在《Scientific Reports》上，为肺癌的诊疗开辟了新的方向。

研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。首先，利用生物信息学资源（如 dbEMT、VesiclePedia）和肺癌转录组（TCGA-LUAD/LUSC 队列）的差异表达分析，进行全基因组计算筛选，确定与 EMT 相关的基因。其次，通过细胞系实验，包括使用 siRNA 介导的敲低和 Transwell 实验，评估候选基因（如 TLN1）在 EMT 中的功能作用。最后，整合来自 23 项独立研究的 4193 例肺癌样本，分析外泌体衍生的 EMT 调节因子与吸烟状态、肿瘤纯度、生存结果和突变谱的关联，评估其临床相关性。

下面来详细了解一下研究结果：

1. 计算工作流程确定候选基因：研究人员构建了一个基于文献的数据整合流程，用于优先筛选外泌体来源的 EMT 调节因子。通过定义 EMT 基因集、准备外泌体相关实验数据、进行差异表达分析和筛选候选基因等一系列步骤，从多个数据库中筛选出潜在的外泌体来源的 EMT 调节因子。最终确定了 25 个未在肺癌研究中报道过的新基因，这些基因在肺癌发展和转移中可能发挥重要作用。
2. 肿瘤与正常肺组织的差异表达基因：对 TCGA 的肺癌数据集进行分析，研究人员发现了肿瘤和正常肺组织之间的差异表达基因。在肺腺癌（LUAD）和肺鳞状细胞癌（LUSC）中，分别鉴定出 41 个和 74 个外泌体来源的 EMT 调节因子。基因集富集分析显示，LUAD 相关的外泌体 mRNA 与癌症代谢调节更为密切，如参与糖酵解和磷酸戊糖途径；而 LUSC 相关的外泌体 mRNA 则更多地与调节细胞生长、分裂和存活的信号通路相关，如 VEGFR、Plexin-D1 等信号通路。
3. 25 个新 EMT 基因的潜在应用：对这 25 个新的外泌体来源的 EMT 基因进行进一步分析，研究人员发现它们在癌症诊断和预后方面具有潜在应用价值。通过对多个肺癌研究的样本进行突变分析，发现不同基因的突变频率存在差异，如 EIF4G1 的突变频率最高。基因本体和通路富集分析表明，这些基因参与了多种与癌症发展和转移相关的过程，包括细胞黏附、运动和凋亡等。
4. TLN1 对肺癌细胞 EMT 的调控作用：研究人员选择 TLN1（talin 1）进行深入研究，它是一种参与细胞骨架组织和功能的结构蛋白。实验结果显示，TLN1 在肺癌细胞系中的表达高于正常肺上皮细胞系。通过 siRNA 敲低 TLN1，显著抑制了肺癌细胞的侵袭和迁移能力，同时增加了上皮标记蛋白 E-cadherin 的表达，降低了间质标记蛋白 N-cadherin、vimentin 和 ZEB1 的表达，表明 TLN1 敲低抑制了肺癌细胞的 EMT 过程。机制研究发现，TLN1 通过整合素信号通路激活 FAK/AKT 途径，促进肺癌细胞的转移。

在研究结论和讨论部分，研究人员通过全基因组筛选和实验验证，成功鉴定出 25 个外泌体来源的 EMT 基因，并证实了 TLN1 在肺癌转移中的促进作用。这一发现为肺癌的诊断和治疗提供了潜在的生物标志物和治疗靶点。然而，研究也存在一些局限性，如计算方法中数据库的重叠可能存在偏差，未充分考虑肿瘤微环境的复杂性等。未来的研究需要进一步整合多组学数据，开展体内实验，以更深入地了解外泌体在肺癌 EMT 中的作用机制。总的来说，该研究为肺癌的诊疗研究提供了新的思路和方向，有望推动肺癌精准治疗的发展。