在临床前列腺癌中检测IGF-1R在全基因组范围内对染色质增强子和启动子区域的招募

《Cancer Medicine》：Detection of Genome-Wide IGF-1R Recruitment to Enhancer and Promoter Regions of Chromatin in Clinical Prostate Cancers

　　本研究首次通过染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）分析前列腺癌组织中胰岛素样生长因子-1受体（IGF-1R）的基因组-wide招募，发现5743个结合位点，72.3%位于转录起始位点（TSS）附近，并与H3K4me1标记的增强子重合，提示其转录调控功能。通过体外ChIP-qPCR验证了IGF-1R在RRM2基因座点的招募，并鉴定到一个新的IGF-1R结合基序。该研究为理解核IGF-1R在前列腺癌进展中的作用提供了新证据。

　　核糖核酸结合蛋白（IGF-1R）在癌症细胞的染色质中被胰岛素样生长因子（IGF）诱导，这种现象在体外已被观察到，并且与临床组织中前列腺癌（PCa）的晚期阶段存在相关性。这一发现促使我们进一步研究IGF-1R在体内如何与染色质相互作用，以揭示其在肿瘤进展中的潜在功能。本文通过结合临床样本与实验分析，首次对IGF-1R在前列腺癌组织中的全基因组染色质招募进行了系统性研究，为理解其在癌症生物学中的作用提供了新的视角。

IGF-1R是一种跨膜受体酪氨酸激酶（RTK），在胰岛素样生长因子（IGF）信号传导中起着核心作用。IGF信号通路在多种癌症中经常被异常激活，促进细胞的增殖、存活和转移。在前列腺癌中，雄激素受体（AR）信号通路是疾病发展的主要驱动因素，当AR与配体结合并进入细胞核后，会招募到AR结合位点（ARBS）并启动促肿瘤的转录程序。然而，即使经过雄激素剥夺治疗，晚期前列腺癌（CRPC）仍可能通过AR独立机制或持续的雄激素独立AR信号发展。IGF-1R被认为可能参与这一过程，因为有证据表明雄激素可以增强IGF-1R的表达，而IGF-PI3K信号又可以促进AR的非依赖性激活，包括AR剪接变体。因此，IGF轴成为癌症治疗的一个重要靶点，但目前针对IGF/IGF-1R抑制剂的临床试验大多未能取得理想效果，这可能是由于缺乏有效的生物标志物、剂量限制性高血糖反应以及对IGF-1R生物学功能理解的不足。

除了其在细胞膜上的经典信号传导作用外，我们与他人发现IGF-1R在细胞核中也存在。在之前的实验中，我们报告了IGF-1R在恶性上皮组织中比良性组织更常见，并且与前列腺癌的晚期阶段和整体生存率下降相关。此外，有研究显示IGF-1R在核内的存在可能与对IGF-1R抗体治疗的响应有关，这提示IGF轴可能在肿瘤的生物学行为中发挥重要作用。为了进一步验证这一假设，我们首次在临床前列腺组织中进行了IGF-1R染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）实验，以全面评估其在体内染色质上的结合情况。

在实验方法上，我们使用了来自接受经尿道前列腺切除术（TURP）或根治性前列腺切除术（RP）的患者组织样本。这些样本经过优化处理，以确保染色质提取、固定和免疫沉淀的条件适合分析。随后，我们对六例未经治疗的局部前列腺癌组织样本进行了IGF-1R和H3K4me1的ChIP-seq分析，并同时进行IGF-1R免疫组化（IHC）分析。我们使用了MACS2和LanceOtron两种峰检测算法来识别结合位点，并利用MEME Suite进行IGF-1R结合位点的DNA序列分析。为了验证ChIP-seq结果，我们还进行了体外染色质免疫沉淀定量PCR（ChIP-qPCR）实验。

研究结果显示，在所有分析的样本中，共检测到5743个独特的IGF-1R结合位点。其中，约37%的结合位点位于基因转录起始位点（TSS）的3 kb范围内，这提示IGF-1R可能在调控基因表达方面发挥重要作用。进一步分析发现，72.3%的这些结合位点与增强子标记H3K4me1重合，表明这些位点可能具有调控功能。通过序列分析，我们首次确定了IGF-1R的结合基序，其序列与胰岛素受体（INSR）和PITX2转录因子的结合基序相似，这支持了IGF-1R与这些因子在功能上的相似性。此外，体外ChIP-qPCR验证了IGF-1R在RRM2基因TSS处的结合，该基因与DNA复制和修复有关，且受IGF轴调控，这进一步证明了IGF-1R在基因调控中的潜在作用。

从这些结果来看，IGF-1R在体内不仅限于细胞膜上的信号传导，还在染色质上发挥调控作用。这表明，IGF-1R可能通过影响转录因子的招募或直接调控基因表达来促进癌症的发展。尽管IGF-1R在细胞核中的存在已被观察到，但其在不同组织中的检测率存在差异。在本研究中，只有少数样本显示出可检测的核IGF-1R信号，这可能与不同的检测方法有关。例如，IHC检测可能对IGF-1R的结合具有较高的检测阈值，而ChIP-seq能够更全面地捕捉IGF-1R在染色质上的结合情况。这种差异提示，未来的研究需要结合多种方法，以更准确地评估IGF-1R在不同癌症类型中的表达和功能。

进一步的生物通路分析表明，这些结合位点与多种与癌症相关的过程有关，包括GTP酶活性的激活和核糖体生物合成。这些结果支持了IGF-1R在癌症进展中的潜在作用，尤其是其与晚期前列腺癌阶段的关联。此外，IGF-1R与INSR的结合基序相似，这提示IGF-1R可能与胰岛素信号通路在某些方面存在功能重叠。然而，IGF-1R与AR结合位点的重合率较低，仅约7.1%，这表明IGF-1R可能通过独立于AR的机制影响基因表达。这为未来研究IGF轴在前列腺癌中的作用提供了新的方向，特别是探索其在骨转移等特定癌症进展中的角色。

体外实验进一步验证了IGF-1R在RRM2基因TSS处的结合，这一结果与之前的报告一致。IGF-1R的结合可能影响RRM2的表达，进而影响DNA复制和修复过程。这一发现强调了IGF轴在癌症生物学中的复杂性，表明IGF-1R不仅参与细胞外信号传导，还在细胞内通过调控基因表达影响肿瘤的进展。此外，通过比较细胞系与临床组织中的结合情况，我们发现IGF-1R在体外细胞中的结合位点与体内组织的分布存在显著差异，这可能反映了肿瘤组织中复杂的调控网络和细胞异质性。

综上所述，本研究首次在临床前列腺组织中检测到IGF-1R的全基因组结合位点，为理解其在肿瘤发生和进展中的作用提供了重要证据。这些结果不仅支持了IGF-1R在调控基因表达方面的功能，还揭示了其在前列腺癌中可能作为生物标志物的潜力。未来的研究需要进一步验证这些结合位点的功能，并探索IGF-1R在不同癌症类型中的作用机制，以推动其在癌症治疗中的应用。同时，结合更精细的检测技术，如特定的DNA结合基序分析和染色质结构的可视化，将有助于更深入地揭示IGF-1R在肿瘤生物学中的多重功能。