中国人群前列腺癌低频高外显遗传变异的发现及其功能分析

Prostate cancer is one of the most common cancers in men. Genome-wide association (GWA) studies have identified over 40 single-nucleotide polymorphisms (SNPs) that are associated with prostate cancer risk. However, these SNPs confer only modest risk to prostate cancer, with odds ratios (OR) < 1.3, and account for less than 25% genetic risk of prostate cancer. To address the 'missing inheritance' of prostate cancer, we recently searched for mutations in 200 genes using a next-generation sequencing method and found that a rare mutation in HOXB13 (G84E) confered a strong risk for prostate cancer in populations of European descent, with OR of 10-20. We also found a novel mutation in HOXB13 (G135E) confered a strong risk to prostate cancer in Chinese men. Based on these findings, we hypothesize that multiple rare and high-penetrant mutations may account for genetic susceptibility to prostate cancer. Built upon a recently completed Exome SNP Array that examinied ~250,000 coding mutations in the genome among 1,000 Chinese prostate cancer cases and 1,000 controls, we propose a two-stage confirmation study among 1,500 Chinese prostate cancer cases and 1,500 controls, to identify rare and high-penetrant prostate cancer risk variants in Chinese. We also propose a functional study to understand moelcular mechanisms of mutations in HOXB13 and other genes identified in the study.These findings will advance our understanding of genetic susceptibility and etiology of prostate cancer in Chinese men.

前列腺癌在我国的发病率逐年增长，是常见的泌尿系统肿瘤之一。目前，GWAS研究已经找到了许多与前列腺癌风险相关的常见变异，但这些变异对前列腺癌遗传风险的影响较小（OR<1.3）。我们近期在欧美人群中发现HOXB13基因上的低频高外显遗传变异G84E对前列腺癌风险起到很大作用，其危险性增加10-20倍。同时，我们也在中国人群中发现HOXB13上的低频变异对前列腺癌风险影响很大。这些研究提示：找出前列腺癌风险相关的低频高外显遗传变异可能在一定程度上解决前列腺癌"遗传性缺失"的问题，对于提高前列腺癌的风险评估具有重要意义。我们此次采用大样本病例-对照研究方法，利用课题组前期1000对病例对照样本的Exome芯片扫描信息，筛选出前列腺癌风险相关的低频变异，在中国人群1500对病例对照样本中分两阶段进行验证，并对发现的低频高外显遗传变异进行初步的功能实验分析，为前列腺癌分子机制的研究提供科学。

目前为止，在欧洲人群，非裔美国人群，日本人群和中国人群中已经应用全基因组关联研究的方法找到了100多个前列腺癌风险相关的常见遗传变异。但是这些常见的遗传变异绝大部分都落在了非编码区域，为前列腺癌易感性的功能研究带来了困难。前期我们收集的前列腺癌病例和对照样本，发现了一个与中国人群前列腺癌风险紧密相关的罕见突变（HOXB13，G135E）。基于此，我们认为在基因组上还会有更多的类似 HOXB13 （G135E）的与前列腺癌风险紧密相关的罕见突变。因此，我们在中国人群中开展了前列腺癌全外显子低频变异的关联研究。第一阶段，我们利用新型全基因组外显子芯片(包括约 25 万具有生物学意义和频率较低的遗传突变)，对1343例前列腺癌病例和1008例男性对照进行了系统的研究。第二阶段挑选了18个低频位点在独立的1816病例和1549例对照样本中进行验证。最后我们验证了两个新的前列腺癌的风险相关位点，分别是rs142485241（Q1631H, TEX15, OR=3.098p12, P=1.8×10-4）位于8p12区域和rs28756990（F741V, MLH3, OR=2.10, P=7.8×10-4）位于14q24.3区域，为后期前列腺癌易感基因的功能研究提供思路。. 随后，我们通过分子生物学手段，在细胞水平上对TEX15和MLH3进行功能验证。最后发现TEX15和MLH3基因mRNA在不同的前列腺细胞中的表达情况存在差异，在正常上皮细胞中TEX15和MLH3 mRNA表达量均低于癌细胞株。这初步说明TEX15和MLH3基因在与前列腺癌的发生发展具有相关性。另外，已有研究表明MLH3在细胞DNA复制过程中行使错配修复功能，在结直肠癌患者中，存在MLH3突变。同样，在功能研究中，我们发现：MLH3基因敲除能够促进前列腺肿瘤的迁移和侵袭能力，促进细胞凋亡和下调细胞周期中S期比例。这提示，作为错配修复基因，MLH3能够抑制肿瘤的迁移和侵袭能力，抑制细胞凋亡，促进细胞增殖。. 本课题研究，不但在一定程度上解决了前列腺癌“遗传性缺失”的问题，为今后前列腺癌的遗传研究和其它疾病遗传研究提供了宝贵的遗传数据资源，而且还开展了易感基因相关的功能研究，并取得了一定的成果，为后期深入探索前列腺癌发生发展影响机制提供了宝贵的经验和线索。