AJHG：马红霞/沈洪兵团队基于剪接数量性状位点的综合分析，揭示NSCLC风险位点

肺癌是我国发病率和死亡率增长最快的恶性肿瘤之一，其中，约85%的肺癌为非小细胞肺癌（NSCLC）。肺癌的产生和发展由多种因素驱动，包括环境因素和胚系遗传变异。通过全基因组关联研究（GWAS），科研人员已确定了肺癌的多个易感位点，极大促进了肺癌的筛查和诊断。但GWAS风险变异仅占肺癌遗传因素的一小部分，并且大多数风险变异位于基因组的非编码区域，介导这些关联的靶基因和下游生物途径仍知之甚少。

选择性剪接是转录后调控的最重要的机制之一，是RNA前体选择性拼接和连接的调节过程，可产生巨大的生物多样性。已有研究表明，超95%的人类基因受到选择性剪接的影响；包括肺癌在内的疾病的发生和进展中，也经常能够观察到异常剪接模式。此外，越来越多的证据显示，选择性剪接通过可遗传变异进行调节。特别地，通过识别剪切数量性状位点（sQTL），可帮助人们深入了解GWAS与许多性状或疾病关联的潜在机制，但sQTL在NSCLC进展中的作用目前尚不清楚。

近期，南京医科大学马红霞、沈洪兵团队在AJHG上发表了题为“Integrative splicing quantitative trait locus analysis reveals risk loci for non-small-cell lung cancer”的文章。研究团队利用116名中国血统个体的肺组织，进行全基因组基因型和基因剪接数据库的sQTL分析，系统地研究了影响选择性剪接的遗传变异。此外，通过使用剪接-转录组全关联研究（spTWAS），将sQTL整合到NSCLC GWAS数据集中，在19个基因中发现了与NSCLC风险显著相关的选择性剪接事件。综上，该研究提供了丰富的肺部sQTL资源，并深入了解了sQTL变异与非小细胞肺癌风险之间的分子机制。

文章发表在AJHG

肺组织中sQTL的鉴定和表征

研究团队首先招募了116名尚未接受化疗或放疗的中国血统NSCLC患者，采集其外周血样本进行了全基因组测序，并对上述患者的正常肺组织样本进行了RNA测序、剪接定量以及sQTL分析（图1）。结果显示，共发现123,274个选择性剪接内含子和8,001,957个遗传变异，并进一步鉴定出1385个携带sQTL的基因（sGene），其中包含378,210个显著的变异-内含子对。

为研究sQTL变异的基因组特征，研究团队计算了每个sQTL变异到相应剪接点（最近的剪接点）的距离。结果显示，sQTL变异聚集在剪接点周围：60%的sSNP位于剪接点的10kb范围内，此外57%的sSNP出现在发生相应剪接事件的基因内。

研究团队评估了南京肺癌队列（NJLCC）和基因型组织表达（GTEx）项目之间sQTL的共享程度，发现有73.9%的sGene在NJLCC与GTEx肺组织中出现重叠。NJLCC的sSNP分析结果显示，肺sQTL在转录活跃区域、遗传调控元件中显著富集，在异染色质标记的染色质抑制、多梳蛋白抑制和静止区域中相对较少。对携带表达数量性状位点（eQTL）的基因（eGene）与sGene进行重叠分析，观察到sQTL与eQTL之间差异较大，sQTL在NSCLC潜在风险位点显著富集，可能为NSCLC的病因学提供更多见解。

图1. sQTL的鉴定和表征、sQTL和eQTL的比较。

spTWAS关联分析表明EIF3E处的目标基因与总表达的遗传效应无关。

通过剪接-转录组全关联研究（spTWAS），研究团队将上述sQTL发现与先前发表的一项NSCLC GWAS相结合，该研究包括13,327名中国血统癌症患者和13,328名非癌症患者（图2）。结果显示，共鉴定出10,085个显著顺式遗传的内含子，并在19个基因中发现了23个选择性剪接事件，这些事件与NSCLC或组织学亚型风险显著相关。其中，8q23.1中内含子EIF3E的两个选择性剪接事件与肺腺癌风险显著相关。此外，8q23.1中的潜在选择性剪接事件发生在EIF3E的四个转录本中（EIF3E-001、EIF3E-002、EIF3E-009、EIF3E-011）；sQTL变异rs677031-G等位基因与正常肺组织中EIF3E的减少相关。

接下来，研究团队对NJLCC队列中的EIF3E和rs677031-G进行了分析，发现EIF3E与NJLCC肺中EIF3E-011表达增加相关；rs677031-G与NJLCC肺中EIF3E-011表达减少相关。上述结果表明，EIF3E剪接改变了EIF3E-011的表达，但不改变EIF3E的总表达。

图2. EIF3E处的spTWAS关联表明目标基因与总表达的遗传效应无关。

研究团队在上述19个基因中挑选了一个sQTL变异rs35861926进行分析，由于染色体13q32.2（FARP1）中的易感位点显示出共定位证据，因此选择该位点对rs35861926进行功能验证，以确认其生物学机制。FARP1是一种Rac鸟嘌呤核苷酸交换因子，在人肺腺癌EpCam阳性细胞中上调。分析结果显示，rs35861926的T等位基因促进了FARP1基因20号外显子的选择性剪接，并降低了内含子FARP1和长转录本FARP1-011的表达水平。 

图3. rs35861926-T促进肺腺癌中FARP120号外显子选择性剪接。

FARP1长转录本促进肺腺癌细胞增殖和转移

为剖析FARP1两个转录本之间的潜在功能作用，研究团队在NSCLC细胞系A549、PC9中过表达了长转录本（FARP1-011）和短转录本（FARP1-001）（图4）。结果显示，长转录本FARP1-011组中A549和PC9细胞的细胞活力和集落形成能力较强。进一步分析结果表明，长转录本FARP1-011可促进肺腺癌细胞的转移和增殖。

图4. FARP1长转录本可促进肺腺癌细胞增殖和迁移。

结 语

综上所述，研究团队进行了一项全基因组sQTL研究，以鉴定116名中国血统个体肺组织中影响选择性剪接的遗传变异，共发现1,385个sGene和378,210个显著的变异-内含子对。该研究彻底表征了sQTL，其在很大程度上独立于eQTL，通常富集于遗传调控元件、剪接因子结合位点。总而言之，该研究提供了肺sQTL的综合分析结果，并提示在GWAS后的功能分析中可以更广泛地考虑选择性剪接分析。此外，spTWAS分析与功能实验相结合，也为NSCLC风险位点的分子机制提供了更多见解。

参考文献：

Wang, Y., Ding, Y., Liu, S., Wang, C., Zhang, E., Chen, C., ... & Ma, H. (2023). Integrative splicing quantitative trait locus analysis reveals risk loci for non-small-cell lung cancer.The American Journal of Human Genetics.

https://www.cell.com/ajhg/fulltext/S0002-9297(23)00248-3?journal=ajhg&publicationCode=ajhg&jc=ajhg