研究目的脑垂体瘤(Pituitary adenomas,PAs)是颅内常见肿瘤,可以引起多种神经及内分泌紊乱。尽管下丘脑调节异常、基因突变、表观遗传学改变等可能是促使PA发生的潜在因素,但导致散发性PAs发生及侵袭的病理生理学机制仍然不明确。本项研究主要目的旨在全基因组范围内剖析散发性PAs的基因组学及表观遗传学异常:1)深度剖析全基因组DNA甲基化与脑垂体瘤侵袭性及组织亚型的相关性;2)应用高通量RNA-Seq技术对散发性PAs进行全基因组差异性表达研究以及基因融合筛查,旨在鉴别不同亚型PAs的基因表达差异及PA中是否存在基因融合现象;3)应用高通量全外显子组测序技术对PAs进行全外显子组范围内的基因突变鉴定,旨在揭示PAs发生发展过程中哪些新发基因突变与脑垂体瘤发生发展相关。研究方法本项研究共收集24例散发不同亚型的PAs冰冻组织标本(来自于美国南加州大学Keck医院和洛杉矶郡医院[Keck Medical Hospital and LAC+USC Hospital]),包括1例功能性促肾上腺皮质激素型PA,5例功能性生长激素型PAs,1例肾上腺皮质激素沉默型PA和18例非功能性PAs。组织标本并分别按Knosp侵袭标准进行等级分类。冰冻组织进行基因组DNA、RNA提取。分别应用IllunimaHGM450methylation array进行全基因组DNA甲基化测定,并应用高通量荧光定量MethyLight方法对甲基化位点进行验证。应用Illumina Hi-seq 2000进行基因组RNA测序、全外显子组测序,应用Linux系统进行数据分析。基因突变结果应用Sanger测序进行验证。研究结果本研究从基因组学及表观遗传学方面详细的揭示了散发性PAs的遗传学基础。结果显示:1)与功能性腺瘤相比,非功能性腺瘤呈现全基因组高甲基化的趋势(平均beta-value分别为0.47和0.42,P = 0.005)。其中差异最显著的DNA甲基化位点位于电压门控的钾离子通道KCNAB2基因的启动子区(FDR = 5.11 x 10-10);同时发现与非侵袭性非功能性PAs相比,FLT1和SLIT3基因在侵袭性非功能性PAs中呈现增强子区的CpGs低甲基化。并发现在散发性PAs中DNA高甲基化与基因表达成负相关。2)RNA-Seq结果显示基因融合现象在PAs中罕见发生。3)全外显子组测序分析揭示基因ZNF的第5外显子区TGTG插入性突变在功能性生长激素型PAs中重复发生。研究结论研究首次应用Infinium HumanMethylation450 BeadChip对PA进行全基因组DNA甲基化研究,并深入全面的揭示了 DNA甲基化的整体水平。初步揭示基因组DNA甲基化水平在功能性与非功能性PA中呈现明显差异,非功能性PA在基因组范围内表现出高甲基化,其中钾离子通道亚基相关基因KCNAB2甲基化探查可以作为PA临床分型的辅助手段。研究在探索基因甲基化在功能性与非功能性PA间的差异同时,也对侵袭性与非侵袭性PA进行了深入分析,并揭示与非侵袭性PA相比DNA甲基化在侵袭性表型中未表现出显著差异,表明DNA甲基化可能与PA侵袭表型不相关。研究在揭示DNA甲基化与PA表型相关的同时,更深入地研究了高甲基化基因的富集信号通路,并揭示离子通道信号激活通路在非功能性PA中表现出高甲基化状态,提示基因甲基化可能通过影响信号通路来诱导或形成PA的差异性功能表型。该研究从表观遗传学角度揭示了非功能性PA可能在离子通道方面存在缺陷,从而导致无分泌功能。全基因组RNA-Seq研究在DNA甲基化的基础上揭示了在PA中,基因组范围内DNA高甲基化与基因表达呈负相关。同时初步揭示了功能性与非功能性PA间基因表达差异,初步分析了 PA作为颅内良性肿瘤基因融合现象罕见发生。但PBXIP1-PMVK转录结合现象揭示了非功能性非侵袭性PA中的异常转录本,揭示了 PA发生发展过程中的遗传学特点,为PA的进一步研究提供了新的认识。全外显子组研究进一步探索了 PA在基因组范围内新的基因突变的情况,并首次揭示ZNF基因TGTG插入性突变在功能性PA中反复发生。综上所述,该课题在基因组范围内对PA的DNA甲基化、RNA表达、基因融合及基因突变进行了深入全面的分析,这为PA的研究提供了可靠的遗传学信息并拓展了科研人员对PA的认识,同时为临床诊断及治疗提供了可借鉴的辅助手段和新参考。