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.2020年3月14日;9(3):721.
doi:10.3390/cells9030721。

胆管癌患者血清和尿液细胞外囊泡中特异性RNA谱反映肿瘤表达:用于疾病诊断的新型液体活检生物标记物

附属公司

胆管癌患者血清和尿液细胞外囊泡中特异性RNA谱反映肿瘤表达:用于疾病诊断的新型液体活检生物标记物

Ainhoa Lapitz公司等。 细胞. .

摘要

:胆管癌(CCA)是一组预后不良的异质性胆管癌。大多数CCA的病因尚不清楚,但原发性硬化性胆管炎(PSC)是一个危险因素。CCA的非侵入性诊断具有挑战性,缺乏准确的生物标记物。我们旨在描述CCA、PSC、溃疡性结肠炎(UC)患者和健康人血清和尿液细胞外囊泡(EVs)的转录组特征。通过连续超离心分离血清和尿液EVs,并通过纳米颗粒跟踪分析、透射电子显微镜和免疫印迹进行表征。EVs转录组通过Illumina公司基因表达阵列[信使RNA(mRNA)和非编码RNA(ncRNAs)]。与对照组(疾病组和健康组)相比,CCA患者的血清和尿液EV中的RNA谱存在差异,显示出较高的诊断能力。将CCA患者血清或尿液EV的mRNA谱与两组患者(体外CCA细胞和CCA细胞衍生EV)肿瘤组织的转录组进行比较,分别鉴定出105和39个常见的替代转录物。基因本体分析表明,大多数常见的替代mRNA参与致癌步骤。总的来说,CCA患者在EV中呈现特异性RNA图谱,反映肿瘤,并构成新的有希望的液体活检生物标记物。

关键词:生物标志物;胆管癌;细胞外小泡;液体活检;转录组学。

PubMed免责声明

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数字

图1
图1
CCA、PSC、UC患者和健康对照组的血清和尿液EV特征。为了验证EVs分离方案,我们使用健康人的血清和尿液。(A类)健康人血清(左)和尿液(右)EV的TEM图像显示典型的圆形(~150 nm)和形态。(B类)从健康人血清(左)和尿液(右)中分离的EV的EV标记物CD63和CD81(阳性对照)以及GRP78(阴性对照)的代表性免疫印迹表明EV标记丰富,内质网(ER)标记物GRP78完全缺失,与正常人胆管细胞(NHC)的总血清和全细胞提取物(WCEs)进行比较。(C类)血清(向上)和尿液(向下)EV的纳米粒子追踪分析(NTA)显示CCA、PSC、UC和健康个体之间的EV浓度没有差异,EV模式类似(~180 nm)。
图2
图2
CCA、PSC或UC患者和健康人血清EV的比较转录组学分析。(A类)维恩图显示了每组识别的转录本数量。维恩图是使用InteractiveVenn网络工具生成的[29]。(B类)每个研究组内识别的转录物数量,根据其类型分类[信使RNA(mRNA)、非编码RNA(主要包括假基因和长非编码RNA等)、杂色RNA(miscRNA)、引导RNA、microRNA(miRNA)、小核仁RNA(snoRNA)、小核RNA(snRNA)、核糖体RNA、端粒酶RNA、小细胞质RNA、反义RNA和RNase MRP RNA]。在所有组中,mRNAs构成了最丰富的识别RNA,其次是非编码RNA(假基因、lncRNAs等)、miRNAs和snoRNAs。
图3
图3
血清EV的差异转录组特征和诊断能力。火山图(−log10(第页-值)和日志2(折叠式);左上角),差异表达转录物的热图(右上角)和具有诊断能力的图表,其中10个选定mRNA和5个选定非编码RNA的AUC值最高(A类)CCA vs.健康个体;(B类)CCA与PSC;(C类)CCA与(PSC+UC+健康个体)。缩写:AI,精度指数;AUC,接收器工作特性曲线下的面积;CI,置信区间;lncRNA,长非编码RNA;miRNA,microRNA;NLR,负似然比;NPV,负预测值;PLR,正似然比;PPV,阳性预测值;SEN,灵敏度;snoRNA,小核仁RNA;SPE,特异性。
图3
图3
血清EVs的差异转录组学特征和诊断能力。火山图(−log10(第页-值)和日志2(折叠式);左上角),差异表达转录物的热图(右上角)和具有诊断能力的图表,其中10个选定mRNA和5个选定非编码RNA的AUC值最高(A类)CCA vs.健康个体;(B类)CCA与PSC;(C类)CCA与(PSC+UC+健康个体)。缩写:AI,精度指数;AUC,接收器工作特性曲线下的面积;CI,置信区间;lncRNA,长非编码RNA;miRNA,microRNA;NLR,负似然比;NPV,负预测值;PLR,正似然比;PPV,阳性预测值;SEN,灵敏度;snoRNA,小核仁RNA;SPE,特异性。
图3
图3
血清EV的差异转录组特征和诊断能力。火山图(−log10(第页-值)和日志2(折叠式);左上角),差异表达转录物的热图(右上角)和具有诊断能力的图表,其中10个选定mRNA和5个选定非编码RNA的AUC值最高(A类)CCA vs.健康个体;(B类)CCA与PSC;(C类)CCA与(PSC+UC+健康个体)。缩写:AI,精度指数;AUC,接收器工作特性曲线下的面积;CI,置信区间;lncRNA,长非编码RNA;miRNA,microRNA;NLR,负似然比;NPV,负预测值;PLR,正似然比;PPV,阳性预测值;SEN,灵敏度;snoRNA,小核仁RNA;SPE,特异性。
图4
图4
mRNAs通常在血清EV、来自两个独立队列患者的CCA肿瘤、体外肿瘤细胞和CCA衍生EV中的mRNA之间解除管制。将CCA患者与(PSC+UC+健康个体)血清EV中差异丰富的mRNAs与以下人群的转录组进行比较:(i)来自TCGA(n=36)和“哥本哈根”(n=217)队列的CCA患者,(ii)CCA细胞(EGI1和TFK1)和细胞衍生EV与其各自的对照组进行比较,进一步选择常用的表达方式。中差异表达转录物的热图(A类)TCGA(左)和“哥本哈根”队列(右);(B类)CCA细胞和NHC的全细胞提取物;(C类)电池衍生电动汽车;(D类)基因本体(GO:FunRich数据库[27])对血清EV、CCA人类肿瘤、CCA细胞和细胞衍生EV中常见的105个转录物进行分析,强调识别的转录物涉及的生物过程和途径及其生物功能。缩写:CCA、胆管癌、EVs、细胞外小泡;NHCs,正常人胆管细胞;SL,肝周;TCGA,癌症基因组图谱。
图4
图4
mRNA通常在血清EV、来自两个独立队列的患者的CCA肿瘤、体外肿瘤细胞和CCA衍生EV中的mRNA之间解除管制。将CCA患者与(PSC+UC+健康个体)血清EV中差异丰富的mRNAs与以下人群的转录组进行比较:(i)来自TCGA(n=36)和“哥本哈根”(n=217)队列的CCA患者,(ii)CCA细胞(EGI1和TFK1)和细胞衍生EV与其各自的对照组进行比较,进一步选择常用的表达式。中差异表达转录物的热图(A类)TCGA(左)和“哥本哈根”队列(右);(B类)CCA细胞和NHC的全细胞提取物;(C类)电池衍生电动汽车;(D类)基因本体(GO:FunRich数据库[27])对血清EV、CCA人类肿瘤、CCA细胞和细胞衍生EV中常见的105个转录物进行分析,强调识别的转录物涉及的生物过程和途径及其生物功能。缩写:CCA、胆管癌、EVs、细胞外小泡;NHCs,正常人胆管细胞;SL,肝周;TCGA,癌症基因组图谱。
图5
图5
选择用于CCA的液体活检生物标志物。从血清EVs、CCA人类肿瘤、CCA细胞和细胞衍生EVs中常见的105种mRNA中,与相应的对照组相比,选择了5种基于其诊断能力的生物标志物。血清EV(左)、TCGA的CCA肿瘤和“哥本哈根”队列、CCA细胞和细胞衍生EV(右)中mRNA丰度的方框图,与各自的对照相比(A类)c-Maf诱导蛋白(CMIP公司), (B类)谷氨酸脱羧酶1(GAD1)、和(C类)NME/NM23核苷二磷酸激酶1(NME1); (D类)CDP-二酰基甘油合酶1(CDS1)、和(E类)CDC28蛋白激酶调节亚单位1B(CKS1B). (F类)所选血清液体活检生物标记物的诊断预测(ROC曲线和AUC值),以及CMIP、NME1和CKS1B组合用于CCA诊断的诊断预测,并与(PSC+UC+健康个体)进行比较。缩写:AUC,接收器工作特性(ROC)曲线下的面积;EVs,细胞外小泡;NHC,正常人胆管细胞;NBD,正常胆管;SL,肝周;TCGA,癌症基因组图谱。
图5
图5
CCA的选定液体活检生物标记物。与相应的对照组相比,从血清EV、CCA人类肿瘤、CCA细胞和细胞衍生EV中通常改变的105个mRNA中,根据其诊断能力选择了5个生物标记物。血清EV(左)、TCGA的CCA肿瘤和“哥本哈根”队列、CCA细胞和细胞衍生EV(右)中mRNA丰度的方框图,与各自的对照相比(A类)c-Maf诱导蛋白(CMIP公司), (B类)谷氨酸脱羧酶1(GAD1)、和(C类)NME/NM23核苷二磷酸激酶1(NME1); (D类)CDP-二酰基甘油合酶1(CDS1)、和(E类)CDC28蛋白激酶调节亚单位1B(CKS1B). (F类)所选血清液体活检生物标记物的诊断预测(ROC曲线和AUC值),以及CMIP、NME1和CKS1B组合用于CCA诊断的诊断预测,并与(PSC+UC+健康个体)进行比较。缩写:AUC,接收器工作特性(ROC)曲线下的面积;EVs,细胞外小泡;NHC,正常人胆管细胞;NBD,正常胆管;SL,肝周;TCGA,癌症基因组图谱。
图6
图6
来自CCA、PSC或UC患者和健康个体的尿液EV的比较转录组分析。(A类)维恩图显示了每组识别的转录本数量。维恩图是使用InteractiveVenn网络工具生成的[29]。(B类)每个研究组内识别的转录物数量,根据其类型分类[信使RNA(mRNA)、非编码RNA(主要包括假基因和长非编码RNA等)、杂色RNA(miscRNA)、引导RNA、microRNA(miRNA)、小核仁RNA(snoRNA)、小核RNA(snRNA)、核糖体RNA、端粒酶RNA、小细胞质RNA、反义RNA和RNase MRP RNA]。在所有组中,mRNAs构成了最丰富的识别RNA,其次是非编码RNA(假基因、lncRNAs等)、miRNAs和snoRNAs。
图7
图7
尿EV的差异转录组特征和诊断能力。火山图(−log10(第页-值)和日志2(折叠式);左上角),差异表达转录物的热图(右上角)和具有诊断能力的图表,其中10个选定mRNA和5个选定非编码RNA的AUC值最高(A类)CCA vs.健康个体;(B类)CCA与PSC;(C类)CCA与(PSC+UC+健康个体)。缩写:AI,精度指数;AUC,接收器工作特性曲线下的面积;CI,置信区间;miRNA,microRNA;lncRNA,长非编码RNA;杂项RNA;NLR,负似然比;NPV,负预测值;PLR,正似然比;PPV,阳性预测值;SEN,灵敏度;snRNA,小核RNA;snoRNA,小核仁RNA;SPE,特异性;vtRNA、vault RNA。
图7
图7
尿EV的差异转录组特征和诊断能力。火山图(−log10(第页-值)和日志2(折叠式);左上角),差异表达转录物的热图(右上角)和具有诊断能力的图表,其中10个选定mRNA和5个选定非编码RNA的AUC值最高(A类)CCA与健康个体;(B类)CCA与PSC;(C类)CCA与(PSC+UC+健康个体)。缩写:AI,精度指数;AUC,接收器工作特性曲线下的面积;CI,置信区间;miRNA,microRNA;lncRNA,长非编码RNA;杂项RNA;NLR,负似然比;NPV,负预测值;PLR,正似然比;PPV,阳性预测值;SEN,灵敏度;snRNA,小核RNA;snoRNA,小核仁RNA;SPE,特异性;vtRNA、vault RNA。
图7
图7
尿EV的差异转录组特征和诊断能力。火山图(−log10(第页-值)和日志2(折叠式);左上角),差异表达转录物的热图(右上角)和具有诊断能力的图表,其中10个选定mRNA和5个选定非编码RNA的AUC值最高(A类)CCA vs.健康个体;(B类)CCA与PSC;(C类)CCA与(PSC+UC+健康个体)。缩写:AI,精度指数;AUC,接收器工作特性曲线下的面积;CI,置信区间;miRNA,microRNA;lncRNA,长非编码RNA;杂项RNA;NLR,负似然比;NPV,负预测值;PLR,正似然比;PPV,阳性预测值;SEN,灵敏度;snRNA,小核RNA;snoRNA,小核仁RNA;SPE,特异性;vtRNA、vault RNA。
图8
图8
mRNA通常在尿液EV、来自两个独立队列患者的CCA肿瘤、体外肿瘤细胞和CCA衍生EV中被解除管制。将CCA患者与(PSC+UC+健康个体)的血清EVs中差异丰富的mRNA与以下转录组进行比较:(i)来自癌症基因组图谱TCGA(n=36)和“哥本哈根”(n=217)队列的CCA患者,(ii)与其各自的对照组相比的CCA细胞(EGI1和TFK1)和细胞衍生的EVs,进一步选择常用的表达方式。中差异表达转录物的热图(A类)TCGA(左)和“哥本哈根”队列(右);(B类)CCA细胞和正常人胆管细胞(NHCs)的全细胞提取物;(C类)电池衍生电动汽车;(D类)基因本体(GO:FunRich数据库[27])对血清EV、CCA人类肿瘤、CCA细胞和细胞衍生EV中常见的105个转录物进行分析,强调识别的转录物涉及的生物过程和途径及其生物功能。缩写:EVs,细胞外小泡;NHC,正常人胆管细胞;SL,肝周;TCGA,癌症基因组图谱。
图8
图8
mRNA通常在尿液EV、来自两个独立队列患者的CCA肿瘤、体外肿瘤细胞和CCA衍生EV中被解除管制。将CCA患者与(PSC+UC+健康个体)的血清EVs中差异丰富的mRNA与以下转录组进行比较:(i)来自癌症基因组图谱TCGA(n=36)和“哥本哈根”(n=217)队列的CCA患者,(ii)与其各自的对照组相比的CCA细胞(EGI1和TFK1)和细胞衍生的EVs,进一步选择常用的表达式。中差异表达转录物的热图(A类)TCGA(左)和“哥本哈根”队列(右);(B类)CCA细胞和正常人胆管细胞(NHCs)的全细胞提取物;(C类)电池衍生电动汽车;(D类)基因本体(GO:FunRich数据库[27])对血清EV、CCA人类肿瘤、CCA细胞和细胞衍生EV中常见的105个转录物进行分析,强调识别的转录物涉及的生物过程和途径及其生物功能。缩写:EVs,细胞外小泡;NHC,正常人胆管细胞;SL,肝周;TCGA,癌症基因组图谱。
图9
图9
CCA的潜在尿液活检标记物。从血清EV中常见的39个转录本中,以及患者样本、CCA细胞和细胞系衍生EV中的差异表达中,选择了2个具有最佳诊断能力的潜在尿液活检标记物。尿液EV中mRNA转录丰度的方框图(左)以及TCGA和“哥本哈根”队列、胆管细胞系和细胞系衍生EV的表达(右)(A类)泛素结合酶E2 C(UBE2C公司)和(B类)丝氨酸蛋白酶抑制剂B1(SERPINB1系列). (C类)所选尿液活检标记物的诊断预测(ROC曲线和AUC值)以及UBE2C公司SERPINB1系列与(PSC+UC+健康个体)进行CCA诊断比较。缩写:AUC,接收器工作特性曲线下的面积;EVs,细胞外小泡;正常人胆管细胞;NBD,正常胆管;SL,肝周;TCGA,癌症基因组图谱。
图10
图10
胆管癌的新型液体活检方法。CCA肿瘤细胞显示出不同的RNA表达谱,这些RNA表达谱随后在EV中释放到循环中,包含CCA的潜在生物标记物,可在血清和尿液中检测到,因此构成了一种新的液体活检方法。

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