揭示前列腺癌种族差异的分子基础：新型非裔加勒比细胞系ACRJ-PC28的药物敏感性研究

　　本研究通过建立首个非裔加勒比海来源前列腺癌细胞系ACRJ-PC28，系统评估了五种抗癌药物（多西他赛、卡巴他赛、阿比特龙、奥拉帕利、恩杂鲁胺）和天然产物甜菜碱的种族依赖性细胞毒性差异。研究发现阿比特龙对非裔来源细胞系表现出显著选择性（IC50=1.10 μmol/L），而恩杂鲁胺在白人来源细胞系中效果更好。RNA测序揭示TNF家族基因（特别是TNFRSF14）在非裔来源细胞中持续低表达，这些发现为优化不同种族前列腺癌患者的个性化治疗策略提供了重要依据。

　　

研究背景

前列腺癌治疗手段从千年以前的外科手术和烧灼术发展到20世纪初的放疗，再到20世纪40年代化疗的出现。尽管治疗方法不断进步，但不同人群在前列腺癌发病率和治疗效果方面存在显著差异。黑人男性的发病率和死亡率是白人的1.5-2倍，在加勒比海和非洲地区这种差异尤为明显。造成这种差异的原因除了社会经济因素外，肿瘤生物学和治疗反应的生物学差异可能起着关键作用，但由于临床前模型缺乏多样性，这些机制研究仍然不足。

目前商业化的前列腺癌细胞系中只有不到10%来源于黑人患者，且没有来自加勒比人群的细胞系。这种代表性不足限制了我们发现种族特异性治疗脆弱性和开发靶向治疗方法的能力。鉴于黑人男性前列腺癌通常具有独特的分子特征和更具侵袭性的表型，开发反映该人群遗传背景的细胞系对于推进个性化治疗策略至关重要。

材料与方法

本研究采用多方面的实验方法评估不同种族背景前列腺癌细胞系的药物反应差异。研究比较了五种临床相关抗癌药物（多西他赛、卡巴他赛、阿比特龙、恩杂鲁胺和奥拉帕利）和一种天然产物甜菜碱在四种前列腺癌细胞系（DU-145、PC-3、MDA-PCA-2b和ACRJ-PC28）中的细胞毒性效应。

研究使用了多种互补的活力测定方法（CellTiter AQueous、中性红和结晶紫测定）以确保药物敏感性测量的稳健性。进行了全面的RNA测序（RNA-seq）分析以识别潜在分子机制。数据收集历时15个月，重复测试2-3次以确保结果的可靠性和可重复性。

商业细胞系DU-145、PC-3和MDA-PCA-2b直接从ATCC购买，具有认证证书和无支原体污染证明。ACRJ-PC28细胞系通过短串联重复分析在IDEXX BioAnalytics进行认证，与ATCC、DSMZ和其他参考数据库比较确认细胞系身份且无交叉污染。

细胞培养

PC-3细胞来源于63岁白人男性IV级前列腺腺癌骨转移，在RPMI-1640培养基中培养。DU-145细胞来源于69岁白人男性前列腺癌脑转移，在DMEM培养基中培养。MDA-PCA-2b来源于63岁黑人男性雄激素非依赖性前列腺腺癌骨转移，在F-12K培养基中培养。ACRJ-PC28细胞来源于69岁牙买加黑人男性前列腺腺癌，在角质形成细胞无血清培养基中培养。

药物处理

根据细胞生长速率和条件的不同，前列腺癌细胞以不同密度接种在96孔板中。接种一天后，细胞用指定浓度的药物治疗3天。所有药物溶解在DMSO中，使用1:1系列稀释制备500×药物浓度。甜菜碱溶液初始在PBS中制备储备液，新鲜制备10×处理溶液。

细胞活力测定

MTS细胞增殖测定中，每孔加入20μL MTS试剂，孵育2小时后在490nm测量吸光度。中性红染色中， plates在含40μg/mL中性红的各自培养基中孵育2小时。结晶紫染色使用0.5%结晶紫的20%甲醇溶液。IC₅₀值使用AAT Biorequest在线IC₅₀计算器计算。

RNA-seq分析

从欧洲核苷酸存档（ENA）下载原始.fastq文件。使用FastQC检查数据质量，使用Salmon quant在准映射模式下量化转录本和基因表达。使用DESeq2基于Salmon quant输出确定差异表达基因（DEG）。使用GoSeq进行Gene Ontology和KEGG通路分析。

统计分析和IC₅₀值确定

IC₅₀值使用AAT Biorequest在线IC₅₀计算器计算，该工具拟合剂量反应数据以确定50%细胞活力抑制发生的浓度。对于每个细胞系和药物组合，从不同的细胞活力测定中生成多个IC₅₀值，取平均值提供药物敏感性的全面评估。

结果

RNA-seq分析通过主成分分析（PCA）显示了基于种族起源的细胞系明显分离。这种基于种族的聚类证实了比较这些模型间药物反应的生物学相关性。三个关键比较揭示了显著的转录组差异：ACRJ-PC28与其他所有前列腺癌细胞系比较产生了1,396个DEG；MDA-PCA-2b与其他所有细胞系比较产生了887个DEG；黑人来源与白人来源前列腺癌细胞系比较识别出633个DEG。

Gene Ontology分析揭示了可能影响药物反应性的癌症相关通路富集，包括细胞粘附、细胞外基质组织和信号转导。黑人和白人来源细胞系之间转录组差异的幅度（633个DEG）强调了潜在种族依赖性药物敏感性的分子基础。

在评估的五种抗癌药物中，多西他赛在所有四种细胞系中表现出 exceptional 效力，IC₅₀值范围在0.05-0.08 nmol/L。尽管范围狭窄，ACRJ-PC28显示出适度增强的敏感性。ACRJ-PC28是本研究中唯一不表达雄激素受体（AR）的细胞系。在DEG中，AR是ACRJ-PC28中前10个低表达基因之一，这可能解释其缺乏蛋白表达。

卡巴他赛同样在所有细胞系中显示出 potent 活性（IC₅₀范围0.38-0.56 nmol/L），没有清晰的种族依赖性模式。多药耐药基因1（MDR1）在黑人和白人来源前列腺癌细胞系中既未低表达也未过表达。

与紫杉烷类药物相反，雄激素靶向治疗表现出显著的种族依赖性模式。阿比特龙对ACRJ-PC28表现出显著选择性（IC₅₀=1.10 μmol/L），比对PC-3（IC₅₀=5.04 μmol/L）强4.6倍，比对MDA-PCA-2b（IC₅₀=7.66 μmol/L）强7.0倍，比对DU-145（IC₅₀=14.44 μmol/L）强13.1倍。这种对黑人来源ACRJ-PC28系的偏好效力是在与其他细胞系相比AR和PSA显著低表达的情况下观察到的。

奥拉帕利在不同细胞系中表现出可变效力，没有清晰的种族依赖性模式。PC-3（白人来源）显示出 exceptional 敏感性（IC₅₀=0.28 μmol/L），而MDA-PCA-2b（黑人来源）表现出 profound 抗性（IC₅₀=137.75 μmol/L），代表了492倍的差异。ACRJ-PC28表现出中等敏感性（IC₅₀=6.67 μmol/L）。

在评估的抗癌药物中，恩杂鲁胺表现出最明显的种族依赖性反应模式。黑人来源细胞系显示出 substantially 降低的敏感性，ACRJ-PC28（IC₅₀=205.91 μmol/L）和MDA-PCA-2b（IC₅₀=103.49 μmol/L）分别比白人来源PC-3细胞（IC₅₀=37.41 μmol/L）反应性低5.5倍和2.8倍。

天然产物甜菜碱对所有细胞系的影响最小，细胞毒性范围在164.3-242.07 mmol/L之间，对ACRJ-PC28的影响最小。它是唯一在600和1,000 mmol/L浓度下能解离MDA-PCA-2b细胞簇的产品。

讨论

我们的研究揭示了黑人和白人患者来源前列腺癌细胞系在基因表达谱和药物反应方面的显著差异，强调了种族特异性临床前药物评估方法的重要性。RNA-seq分析通过PCA清晰分离不同种族来源的细胞系，证实了我们比较方法的生物学相关性，并提示可能影响治疗结果的基本分子差异。

紫杉烷化合物多西他赛和卡巴他赛在所有细胞系中显示出纳摩尔级 potent 活性，无论种族背景如何，尽管存在细微变化。ACRJ-PC28中观察到的增强反应，加上其DEG谱，表明该药物在具有类似分子谱的患者中具有潜在治疗优势。

与紫杉烷类药物形成鲜明对比的是，雄激素靶向治疗表现出明显的种族依赖性模式。阿比特龙对ACRJ-PC28的显著选择性与George等人的临床观察一致，他们报道了黑人mCRPC患者对阿比特龙的增强反应。尽管AR显著低表达，ACRJ-PC28对阿比特龙的异常敏感性代表了一个特别有趣的发现。

不同细胞系间奥拉帕利效力的 profound 差异似乎是由细胞特异性分子特征而非单纯种族驱动的。ACRJ-PC28对奥拉帕利的中等敏感性可能通过其DNA修复基因（如RAD51）的低表达和FGFR的过表达来解释。

恩杂鲁胺在所有测试化合物中表现出最明显的种族依赖性反应模式。ACRJ-PC28细胞的有限影响与其AR阴性状态一致，而MDA-PCA-2b的弱反应可能源于其雄激素非依赖性性质和已知的AR突变。

甜菜碱在所有细胞系中显示出有限的细胞毒性，具有最小的种族依赖性模式。尽管其体外效力较弱，但甜菜碱的水溶性提供了潜在的药物递送优势，其解离MDA-PCA-2b细胞簇的独特能力表明在联合治疗中具有潜在效用。

ACRJ-PC28细胞系的侵袭性神经内分泌表型反映了其来源患者的临床过程，该患者尽管接受了ADT但在一年内死亡。活检和细胞系建立之间典型前列腺癌标志物（AMACR、AR、NKX3.1和PSA）的丢失反映了治疗抵抗性疾病中常见的细胞进化。

在识别的感兴趣基因中，TNFRSF14在两个黑人来源前列腺癌细胞系中的低表达代表了一个特别有趣的发现，值得进一步研究。TNF家族信号传导的这种一致改变可能有助于观察到的种族依赖性药物反应，可能作为生物标志物和治疗靶点。

结论

本研究证明前列腺癌中的种族特异性药物反应反映了分子水平上的基本生物学差异。我们对新型ACRJ-PC28细胞系与已建立模型的全面分析揭示了三个关键模式：紫杉烷在所有细胞系中保持效力，无论种族或AR状态；雄激素靶向治疗显示显著的种族依赖性反应；恩杂鲁胺在黑人和白人来源细胞系中 consistently 显示降低的效力。

AR阴性ACRJ-PC28对阿比特龙的 paradoxical 敏感性为黑人mCRPC患者对该疗法增强反应的临床观察提供了机制见解。TNFRSF14和其他TNF家族基因在黑人和白人来源前列腺癌细胞系中的一致低表达突出了这些差异反应的潜在分子机制。

这些发现具有直接的临床意义，表明患有侵袭性疾病的黑人前列腺癌患者可能从阿比特龙中获益更多，而不是恩杂鲁胺，可能与紫杉烷联合使用。ACRJ-PC28模型通过提供第一个非裔加勒比海来源细胞系，解决了前列腺癌研究中的关键空白，能够对疾病负担过重人群的治疗进行更精确的临床前评估。