基于单细胞测序探究去势抵抗性前列腺癌肿瘤微环境及细胞间通讯相关信号分子

目的:探究去势抵抗性前列腺癌(castration-resistant prostate cancer,CRPC)的肿瘤微环境中相关信号分子,并分析其与肿瘤发生发展之间的关系。方法:通过基因表达综合数据库(Gene Expression Omnibus,GEO)中CRPC患者的单细胞RNA测序(scRNA-seq)数据(GSE137829),分析CRPC肿瘤微环境的主要组成成分;通过CellPhoneDB分析微环境中不同细胞间的相互作用,重点揭示肿瘤相关成纤维细胞(cancer-associated fibroblasts,CAFs)与恶性上皮细胞之间的联系;应用CellChat分析CAFs与恶性上皮细胞通讯相关的信号分子,结合肿瘤基因组图谱前列腺癌(TCGA-PRAD)的数据,寻找与CRPC患者预后密切相关的信号分子。使用siRNA在CRPC细胞中敲低相关信号分子Delta样经典Notch配体3(DLL3),并通过实时荧光定量PCR、蛋白质印迹实验验证敲低效率。通过CCK8法、EdU实验以及Transwell和含有基质胶的Transwell实验,探究DLL3对CRPC细胞增殖、迁移、侵袭等生物学行为的影响。单基因差异分析以及过表征富集分析(ORA)、基因集富集分析(GSEA)寻找DLL3相关差异表达基因富集的通路。结果:单细胞转录组测序结果表明,CRPC肿瘤微环境的主要细胞组成包括恶性上皮细胞、CAFs以及免疫细胞等。CAFs与恶性上皮细胞之间通过通讯相关信号分子相互作用实现紧密的通讯,共筛选出CAFs与恶性上皮细胞通讯密切相关的信号分子63个;单因素Cox回归分析显示关键信号分子肿瘤坏死因子相关配体超家族成员12(TNFSF12)以及DLL3转录本的表达与CRPC患者预后显著相关,其中DLL3高表达与CRPC患者不良预后显著相关。体外实验结果表明,敲低DLL3显著抑制CRPC细胞的生长、增殖、迁移和侵袭能力。KEGG和GSEA富集分析表明,DLL3相关差异表达基因在代谢相关通路中显著富集。结论:肿瘤微环境中CAFs与恶性上皮细胞之间通过细胞间通讯相关信号分子实现紧密通讯,其中DLL3的表达与患者预后呈负相关,且影响CRPC细胞生物学行为,DLL3或是人CRPC恶性进展的关键信号分子。