|
《Best Practice & Research Clinical Endocrinology & Metabolism》杂志2024年4月9日在线发表墨西哥Instituto Mexicano del Seguro Social的Daniel Marrero-Rodríguez , Alberto Moscona-Nissan , Jessica Sidauy-Adissi , 等撰写的《散发性肢端肥大症的分子生物学。The molecular biology of sporadic acromegaly 》（10.1016/j.beem.2024.101895 ）。
分泌GH的肿瘤占所有垂体神经内分泌肿瘤(pitNETs)的15%至20%，其中95%为散发性，没有可识别的遗传原因。最近的多组学方法表征了垂体肿瘤的表观遗传组学、基因组学、转录组学、蛋白质组学和动力学景观。转录组学分析使我们能够发现驱动垂体肿瘤分化和基因表达模式的特定转录因子。分泌GH以及分泌PRL和TSH的pitNETs由POU1F1驱动；分泌ACTH的肿瘤采用TBX19检测；而无功能性肿瘤，主要是促性腺激素细胞分化是由NR5A1调节的。某些miRNA的上调，如miR-107，与肿瘤进展有关，而其他miRNA的下调，如miR-15a和miR-16-1，与肿瘤大小缩小有关。此外，miRNA表达谱与治疗耐药和临床结果有关，为潜在的治疗靶点提供了见解。GNAS、PTTG1、GIPR、HGMA2、MAST的特异性体细胞突变以及与cAMP、钙信号通路和ATP通路相关的体细胞变异也与肢端肥大症的发生有关。本文综述了散发性肢端肥大症发生的致癌机制，包括一系列复杂的分子改变，最终改变增殖和凋亡之间的平衡，以及激素分泌失调。 肢端肥大症/巨人症的特点是生长激素(GH)及其大部分生物作用的效应器胰岛素样生长因子(IGF-1)水平升高。在高达98%的患者中，肢端肥大症是由分泌GH的肿瘤的生长激素细胞单克隆扩增导致的。分泌GH的肿瘤或生长激素细胞瘤占所有垂体神经内分泌肿瘤(pitNETs)的15% - 20%。当它们在骨骺闭合前发生时，临床表现为巨人症，而肢端肥大症则用于定义在成人生活中发生的病例。慢性生长激素超量会导致症状和合并症，严重影响患者的生活质量和预期寿命。虽然在遗传或综合征背景下发生的分泌GH的pitNETs的分子发病机制已经相当清楚，但这些病例只占所有肢端肥大症/巨人症病例的不到5%。超过95%的生长激素细胞瘤发生在散发性背景下，没有可识别的家族或遗传原因。这种情况下的分子肿瘤发生是多因素的，包括癌基因的激活和抑癌基因的失活，以及其他破坏细胞增殖和凋亡平衡的遗传和表观遗传改变，导致激素分泌失调。本文就散发性肢端肥大症的复杂分子病理生理进行综述。 散发分泌GH的垂体肿瘤的转录组学分析 在转录组学上，pitNETs根据决定其末端分化的特定转录因子分离和聚集。促ACTH分泌肿瘤由t-Pit或TBX19驱动，而无功能垂体腺瘤(NFPA)主要由促性腺激素细胞分化，由SF-1或NR5A1驱动。分泌GH的生长激素细胞瘤与分泌PRL和TSH的肿瘤一起分离和聚集，并受转录因子Pit-1(也称为POU1F1)的调控。这些POU1F1驱动的pitNETs以SLIT1、PRLR和SLC16A6等基因上调为特征，尽管分泌GH肿瘤倾向于在不同的集群中与分泌PRL和TSH腺瘤分离(图1)。干扰素-γ和-α mRNA的表达在分泌GH肿瘤中也被发现上调，而2型多巴胺受体(D2R)的表达在GNAS阴性肿瘤中似乎更高，这可能有助于预测对多巴胺激动剂(DA)的治疗反应。
图1。肢端肥大症的多组学研究。(A)转录组学和甲基组学集群，其中不同的垂体肿瘤根据其分子起源而分裂。因此，与其他亚型相比，分泌GH肿瘤显示出不同的低甲基化模式。(B)在垂体肿瘤病理生理中具有关键功能的miRNA，如肿瘤大小或对SSTR2的敏感性。(C)分化良好和低分化肿瘤的单细胞分析及主要蛋白表达。(D) GNAS和GIPR突变在肢端肥大症发病机制中的作用途径。 无论是单独分泌GH还是与PRL或其他垂体激素联合分泌GH, GH肿瘤都紧密聚集在一起。有趣的是，POU1F1的mRNA表达倾向于与GH水平呈正相关，这表明垂体转录因子及其相应的垂体激素属于同一网络。POU1F1还与IKBIP呈正相关，IKBIP是一种新的上皮-间质转化(EMT)标志物，与胶质瘤的不良预后有关。很少发现促性腺激素细胞瘤是由POU1F1驱动，而不是由其典型转录因子NR5A1驱动。值得注意的是，用POU1F1的这种矛盾表达来描述的促性腺激素细胞瘤是一种致密的颗粒状病变，在超微结构上类似于致密颗粒状生长激素细胞瘤。相反，在少数GNAS阴性分泌GH肿瘤中，NR5A1表达水平较高。NR5A1在致密颗粒性GNAS阴性pitNETs中表达增加，可能有助于阐明这些肿瘤不同颗粒模式的生物学和临床意义。 蛋白激酶是调节多种生物过程和功能的关键酶，包括细胞增殖、迁移和存活。虽然激酶也可以从蛋白质组学的角度进行研究，但“激酶组（kinome）”一词暗指基因组编码的一整套激酶。我们的团队最近使用转录组学和蛋白质组学方法评估了42个不同谱系（包括10个生长激素细胞瘤）的pitNETs的激酶组（kinome）。细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)及其抑制剂(CDKN)的表达谱在不同类型的pitNETs中没有差异，主要是CDKNs下调。相反，某些非细胞周期激酶在分泌GH腺瘤中主要过表达，如PIP5K1B和NEK10，它们在磷脂酰肌醇和磷脂酶D代谢以及胰岛素信号传导中起着至关重要的作用。在分泌GH -pitNETs中上调激酶的网络分析显示，ErbB、激酶活性的正调控、肽基丝氨酸磷酸化和磷脂酰肌醇信号系统等几个节点之间存在相互作用，这些节点在其他pitNETs中发生改变，显示通路收敛。这些节点可以与细胞周期G2/M相变和组蛋白磷酸化节点相互作用，进而与垂体肿瘤的发生有关。 散发分泌GH垂体肿瘤的蛋白质组学分析 在pitNETs中进行的蛋白质组学研究很少。我们最近比较了三种不同谱系的pitNETs与非肿瘤腺体的蛋白表达谱，在pou1F1衍生的肿瘤中共鉴定出2824种蛋白。其中一些蛋白与mRNA剪接改变(CELF4、RBMX、SRSF3和U2AF1)、蛋白质输出(SPCS1、SRP14和SEC62)、胆固醇代谢(APOA1、SOAT1和NEH)和局灶黏附(CAV1、ILK和RHOA)有关。受这种异常mRNA剪接机制影响的基因包括THY1、BMPER和GRIA3。此外，分泌GH-， PRL-和TSH-肿瘤显示499种特异性表达蛋白，其中AKT, BCL2, GSTT2参与铂基化疗耐药，以及FGFR1, IGF-1-R和PDGFD，已知在几种恶性肿瘤中过表达。 散发分泌GH垂体瘤的表观遗传学 表观遗传学的研究为人类疾病的认识和管理开辟了新的视角。在特定肿瘤中鉴定甲基化调控基因目前被用于诊断、预后和治疗目的。特定基因启动子区域CpG岛的甲基化导致该基因静默，是转录调控的主要机制之一。与非肿瘤腺体相比，一般的pitNETs，尤其是功能性肿瘤的pitNETs都是低甲基化的。pitNETs的甲基化谱也根据决定其最终分化的转录因子而分离。在生长激素细胞瘤中，我们发现大约184个基因通过启动子区域的去甲基化而上调，包括SLIT1、PRLR、miR377、GRIN3A、TMEM233和GRIA4。在这些肿瘤中主要观察到“open sea DNA”甲基化。TET2是一种DNA去甲基化酶，与open sea DNA的甲基化状态相关性最强。有趣的是，GNAS突变阳性的分泌GH肿瘤不仅低甲基化，而且具有有限数量的染色体改变。 垂体肿瘤的转录组学、蛋白质组学和表观遗传学与临床行为 整合的甲基组学和转录组学特征可以对pitNETs进行分类，这些分子信息通常与临床表现和肿瘤侵袭性相关。此外，用生长抑素受体配体(SRLs)或DA对分泌GH肿瘤进行药物治疗可导致基因改变。奥替肽或卡麦角林在体外治疗垂体可潜在影响与细胞增殖相关的基因表达，如MKI67，以及其他参与核心功能通路的基因，如RYR2、COL8A2、HLA-G、SLC2A1、ARFGAP1和TGFBR2。有趣的是，与未处理的肿瘤相比，在体外奥曲肽处理的肿瘤组织中，MUC16、MACC1和GRHL2等与肿瘤发生明显相关的基因表达下调。在一项包含121个分泌GH腺瘤的大型蛋白质基因组学研究中，Yamamoto等发现，皮下奥屈肽试验后，ATP2A2和ARID5B的蛋白表达与GH的下降相关，而WWC3、SERINC1和ZFAND3与接受生长抑素受体配体治疗的患者的肿瘤体积缩小有关。 如前所述，靶向捕获测序显示GNAS是唯一的驱动基因。利用RNA测序和蛋白质组学的共识聚类分类揭示了蛋白质组学和转录组学之间的许多相似性。野生型和突变型GNAS样品的基因本体分析鉴定了G蛋白偶联受体(GPCR)途径。结果表明，GNAS突变通过GPCR通路诱导影响肢端肥大症的内分泌特征。 肢端肥大症中的miRNA 多项研究发现，某些miRNA的下调可能参与肢端肥大症的发病机制。Bottoni等发表的一项研究表明，miR-15a和miR-16-1在分泌GH的pitNETs中下调。在本研究中，这些miRNA的表达与肿瘤大小呈负相关。正常情况下，miRNA-16靶向GH受体、IGF-1、IGF-1受体和IGF-2受体的表达。D´Angelo等人发表的另一项研究报道了GH腺瘤中miR-34b、miR-326、miR-432、miR-548c-3p、miR-570、miR-603的显著且持续下调，其靶基因包括HMGA1、HMGA2和E2F1。此外，Leone等人分析了miR-23b和miR-130b的表达，并报道了分泌GH肿瘤中miR-23b和miR-130b的表达与正常垂体相比下调。这两种miRNA都靶向HMGA2，而miR-130B也靶向CCNA2 (cyclin A2)。miR-130B在体外显示CCNA2翻译减少。He等人发现，与NFPA相比，miR-26b在产生GH的pitNETs和泌乳素瘤中表达过低。此外，PTEN/PI3K/AKT/mTOR相关基因miR26-b表达下调，导致肿瘤大小减小(图1)。 其他研究表明，某些miRNA在肢端肥大症中上调。Trivellin等研究表明，上调miR-107(靶向AIP-3´-UTR)可抑制AIP在分泌GH腺瘤和NFPA中的表达。此外，Taniguchi-Ponciano等对42个垂体腺瘤进行了转录组学分析，其中10个产生GH并显示miR377和miR136过表达。在最近发表的另一项研究中，miR-338-3p调节PTTG1的表达在侵袭性生长激素瘤中上调。 第一代SRL的应答取决于肿瘤对生长抑素受体亚型2 (SSTR2)的表达。Fan等人证实miR-185下调SSTR2的表达，这与对SRL治疗的耐药有关。Henriques等人根据对SRL治疗的反应进行了miRNA测序和差异表达分析。原始队列包括13例对照和19例未对照的第一代SRL端肢肥大患者，并有可用的冷冻肿瘤。作者发现，在对照组(良好应答者)和非对照组(不良应答者)患者之间存在59个差异表达的miRNA。在对照组患者中，miR199-5p、miR10b-5p、miR346、miR227b-3p、miR383-5p过表达，而在对照组患者中，miR642a-5p、miR629-3p、miR505-5p、miR181a-5p、mir181b - 5pm过表达。miR383-5p表达在侵袭性和致密颗粒性肿瘤中较高，并且在奥曲肽或兰曲肽治疗后与IGF-1降低呈负相关。此外，Mao等在分泌GH腺瘤和正常垂体腺之间发现52个差异表达的miRNA。其中下调29个，上调23个。此外，9个miRNA在微腺瘤和大腺瘤中有差异表达，13个miRNA在对兰瑞肽（lanreotide）耐药和敏感肿瘤中有差异表达。 生长激素细胞瘤的单细胞分析 GH-肿瘤的分子特征不仅可以通过大量测序，还可以通过单细胞RNA测序(scRNAseq)进行。Zhang等发现至少有两种主要的GH -肿瘤细胞群，一种是高分化的，另一种是低分化的。高分化的GH肿瘤细胞表达GH1、GH2、ENPP1、GNAS、GHRHR、TENT5A、PCK1、HES6和RCN1等基因，而低分化的GH肿瘤表达IGFBP7、GATA3和LRRC4C等基因。低分化GH肿瘤表现出多种脂质代谢途径的失调，其特征是类固醇生物合成途径富集，其上调的代表酶包括乙酰辅酶a乙酰转移酶1 (ACAT1)、HMG-CoA还原酶(HMGCR)和载脂蛋白E (APOE)(图1)。Yan等人还发现，具有ATP5F1D、CHCHD10、NDUFS5等基因的“氧化磷酸化”和IFIT1、IFIT3、IFITM3等基因的“I型干扰素应答”等功能特征的细胞群具有高度的瘤内异质性。 散发性肢端肥大症的基因组改变 全外显子组测序(WES)研究提供了关于单核苷酸变异(SNV)和体细胞拷贝数改变(SCNA)的患病率的信息，以及反映特定肿瘤基因组破坏程度的染色体增益和损失。Bi等对29例无功能腺瘤和13例功能腺瘤进行WES，其中包括5例分泌GH瘤。他们还评估了12种恶性肿瘤(包括乳腺癌、结肠癌、宫颈癌和肾癌，以及多形性胶质母细胞瘤)的外显子组。在整个队列中，30例患者的肿瘤SCNA低于6%(26例无功能，4例有功能，包括2例生长激素细胞瘤)，而12例(3例无功能，9例有功能，包括3例生长激素瘤)的SCNA超过6%。这些研究人员发现，在功能性和不典型腺瘤中，基因组破坏明显更大，平均有15条染色体增加，17条染色体减少。有趣的是，与12种恶性肿瘤相比，在基因组破坏的pitNETs中，臂位染色体改变更为频繁。 Guaraldio等对64个侵袭性和41个非侵袭性pitNETs进行了下一代测序，针对17个基因，包括BRAF、KRAS、EGFR、TP53、GNAS、AIP和USP8等。该研究包括11例侵袭性和8例非侵袭性分泌GH肿瘤。11例侵袭性生长激素瘤中有3例存在SNV，其中2例存在于TP53编码基因(p.Arg196 *和p.Prol191Leu，均被认为具有致病性)，1例存在于GNAS编码基因(p.Asp858Asn也被认为具有致病性)。有趣的是，伴有SNV的3例生长激素瘤均为稀疏颗粒性病变，以其更具进袭性的生物学和临床行为而闻名。 散发性肢端肥大症与一些与特定细胞通路相关的体细胞突变有关。这些突变包括与cAMP通路相关的突变，cAMP通路调节细胞能量稳态和信号通路，钙信号通路，以及影响ATP信号通路的突变。最近，一名因巨大侵袭性生长激素细胞瘤而患有非常侵袭性肢端肥大症的女性患者被发现有一个体细胞RET突变(p.Val804Met)，被认为是致病性的，没有甲状腺髓样癌或其他2型多发性内分泌瘤的证据。 鸟嘌呤核苷酸激活亚基(GNAS)癌基因 大约30 - 40%的高加索肢端肥大症患者存在GNAS体细胞功能突变。这些突变在其他种族肢端症患者中的患病率要低得多，即在东方人群中为5 - 15%，在墨西哥人和巴西人中为15 - 20%。GNAS位于染色体20q13.3上，是一个母体印迹基因，编码刺激G蛋白(Gsα)的α亚基。当GHRH激活Gs -蛋白偶联GHRH受体后，Gsα结合GTP并从βγ复合物中解离，激活腺苷酸环化酶，进而导致cAMP水平升高，激活CREB (cAMP反应元件结合蛋白)，CREB是一种转录因子，不仅促进GH基因的转录，增加GH的合成和分泌，还促进细胞增殖，最终导致腺瘤的形成。当GSAα的内在GTPase活性将GTP水解成GDP，导致其与βγ复合物重新结合时，信号被终止。密码子201 (p.g arg201cys)和227 (p.g gln227arg /Leu)中发生的错义突变在较小程度上导致Gsα的GTPase活性的消除，从而导致GHRH受体的组成性激活，从而导致GH合成和分泌失调，以及细胞增殖和腺瘤形成的增加(图1)。患有肢端肥大症的生长激素细胞瘤中含有这些GNAS突变，其肿瘤往往更小，侵袭性更小。通常在电子显微镜或CAM5.2免疫染色下呈致密颗粒性，表达SSTR2，因此对第一代SRL反应更敏感。 Ronchi等对无家族史或无综合征表现的散发性分泌GH腺瘤进行了全面的遗传表征。作者纳入了67例新鲜冷冻肿瘤，对31例进行了GNAS、PRKAC和USP8的靶向测序，对36例肿瘤进行了下一代外显子组测序(NGS)。此外，在有条件的情况下分析外周血DNA。作者报道了16%(5/31)的肿瘤中存在GNAS体细胞变异，但未发现USP8和PRKACA变异。在NGS的肿瘤样本中，检测到132个体细胞变异，其中大多数是错义的，根据PolyPhen，可能具有破坏性。突变的数量对临床特征没有影响。GNAS增益功能变异是最常见的遗传改变。参与cAMP信号通路的基因如GPCR、CHRM3、PRKAA2、ATP6V0A1和ADRBK2也发现了体细胞变异。据报道，CACNA1H、CAPN1、DMD、NMDA、GRIN2B、JPH2、MAN1A1、PCDH11X、PROCA1、SLIT2、SPTA1、TESC等钙信号蛋白编码基因存在基因变异(表1)。经富集分析，受影响的基因与发育生物学途径有关。
合子后嵌合体（Postzygotic mosaic）GNAS突变(通常为p.a g201cys)可引起McCune -Albright综合征(MAS)。MAS临床表现包括多骨型骨纤维发育不良、咖啡斑皮肤色素沉着和激素功能亢进[ polyostotic fibrous dysplasia, café-au-lait skin pigmentation and hormonal hyperfunction]。MAS中最常见的激素功能障碍是性腺LH受体激活突变导致的性早熟，其次是TSH受体激活突变导致的甲状腺毒性腺瘤。肢端肥大症发生在大约20%的MAS患者中，这是由于生长激素增生引起的，尽管直率的生长激素细胞瘤发生在不到10%的病例中， 垂体肿瘤转化基因1 (PTTG1) PTTG1基因位于染色体5q33.3上，由6个已知的外显子组成。它编码促进后期的复杂底物，作为防止染色单体分离的安全蛋白。PTTG1诱导小鼠肿瘤发生，导致非整倍体和G2/M检查点监测改变。此外，PTTG1调节p53和细胞凋亡。它在生长激素细胞腺瘤中的过度表达被认为会诱导衰老。然而，由于该基因在不同表达水平上具有两种不同的活性，其作用尚不完全清楚:通过与securin结合并抑制细胞增殖参与分离酶活性，或作为一种致癌蛋白在G1/S期转变中发挥作用。Zhang等对分泌GH垂体腺瘤中PTTG1的mRNA分析显示，100%(13/13)的肿瘤中PTTG1的表达增加，有时超过10倍。同一项研究发现，在所分析的45例垂体肿瘤中，90%的肿瘤存在PTTG1过表达。Ben-Shlomo等的另一项研究表明，SCNA是功能性垂体腺瘤的标志，包括分泌生长激素的肿瘤。据报道，在更积极生长的散发性垂体腺瘤中，PTTG的杂合性缺失(LOH)和SCNAs增加。尽管已经进行了大量的研究来阐明PTTG1在肢端肥大症发病机制中的作用，但其确切的完整机制仍然未知。 胃抑制多肽受体 胃抑制多肽(Gastric Inhibitory Polypeptide, GIP)是进食后胃肠道分泌的一种肠促胰岛素，在葡萄糖稳态中起关键作用。GIP经肠释放后与其同源受体(GIPR)结合，促进胰岛素分泌，抑制胰高血糖素释放，有利于脂质储存。与正常垂体组织相比，大约30%的GNAS野生型生长激素细胞瘤表达的GIPR水平升高。肠促胰岛素诱导GH分泌的病理生理机制是通过模拟GHRH信号通路。临床上，这些肢端肥大症患者在口服葡萄糖负荷试验后表现出GH水平升高，这种临床表型的特点是侵袭性较小，肿瘤较小，对药物治疗的反应更好。 高迁移率组AT-hook 2 (HMGA2) HMGA2基因(12q14.3)编码非组蛋白染色体高迁移率组蛋白。HMGA2是增强体的重要组成部分，并作为一种转录调节因子修饰染色质结构。HMGA2在胚胎发生过程中基本表达;事实上，很少有证据表明该基因在大多数健康的成人细胞中表达。 HMGA2诱导E2F1和AP1活性，增加细胞周期蛋白A表达，使p53失活，并导致DNA修复机制缺陷。小鼠模型证明，HMGA2和HMGA1过表达有助于分泌GH-和PRL的垂体肿瘤的发展。HMGA2缺失3'UTR的转基因小鼠出现巨人症。这一发现与12号染色体中心周围反转的存在有关，该反转导致一名8岁男孩的HMGA2基因被截断，并出现过度生长。在人类中，全基因组关联研究证实了HMGA2多态性(rs1042725)与身高之间的相关性。HMGA2被认为是一种致癌基因，在pitNETs的背景下，可能导致各种基因和信号通路的失调，导致垂体细胞生长不受控制和激素高分泌。虽然HMGA2可能不是肢端肥大症发生的直接原因，但其失调可能有助于肿瘤生长和激素分泌。 Ku等进行的一项研究通过WES和靶向重测序分析了东亚人群中与肢端肥大症相关的新型体细胞变异，这些体细胞变异来自于没有GNAS激活突变的肢端肥大症患者的外周血单核细胞DNA以及肢端肥大症患者的生长激素细胞瘤。在没有GNAS突变的患者(n = 50)中描述的突变包括MAST4(在8%的患者中发现)；PRIM2、TNN、STARD9、DNAH11、DOCK4和GPR98 (6%)；Bche, dars, cubn, plxnd1, unc5b(4%)。cAMP和钙信号是潜在的肿瘤发生机制，通过这些基因可导致生长激素高分泌。 其他杂合体细胞变异 Ku等研究的GNAS -野生型患者队列中，MAST4是最常见的突变基因。它位于染色体5q13上，编码与微管功能相关的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。它还参与PI3K-Akt信号通路的激酶活性。不同的同工异构体源于不同的剪接。 进一步的研究描述了分泌GH腺瘤的体细胞景观.Välimäki等人进行了体细胞SNV的全基因组表征，并分析了12个生长激素瘤与外周血样本配对的结构变异和CNAs。作者在1、6、13、14、15、16、18和22号肿瘤中平均检测到129个SNV和共有染色体丢失。然而，分泌GH的肿瘤显示出总体上较少的体细胞基因变异。作者从钙(C2CD3、RYR1和SSR3)和ATP信号(ATAD2B、SUPV3L1、ATPAF2和AOX1)相关基因中验证了体细胞SNV。 结论 基因组学、转录组学、蛋白质组学和表观遗传因素之间的复杂相互作用抑制了散发性pitNETs的发展。因此，了解散发性肢端肥大症发病机制的分子机制，采用多组学方法对诊断和治疗的发展至关重要，这将最终改善患者的预后和生活质量。 |
|
|
