新熱點：糖酵解相關(guān)基因構(gòu)建預后模型

導語

糖酵解代謝途徑在惡性腫瘤的增殖、存活和遷移中起至關(guān)重要的作用，但糖酵解途徑相關(guān)基因與骨肉瘤 （OS） 轉(zhuǎn)移和預后之間的關(guān)系尚不清楚。

背景介紹

研究流程

數(shù)據(jù)介紹

OS患者的臨床信息和mRNA數(shù)據(jù)來自TARGET數(shù)據(jù)庫，納入87例患者。GSE21257和GSE39055從GEO獲取。

結(jié)果解析 

01   糖酵解差異表達基因  

從MSigDB獲得了5個糖酵解相關(guān)通路基因集，即BIOCARTA 糖酵解通路、GO糖酵解過程、Hallmark糖酵解、KEGG 糖酵解糖異生、反應(yīng)組糖酵解。來自TARGET數(shù)據(jù)庫的OS數(shù)據(jù)集的GSEA結(jié)果表明，轉(zhuǎn)移性和非轉(zhuǎn)移性OS患者的五個糖酵解相關(guān)途徑基因集顯著不同。

從5個糖酵解相關(guān)通路基因集中提取了326個基因。單因素Cox回歸分析結(jié)果顯示，29個糖酵解途徑相關(guān)基因與OS患者總生存期相關(guān)。

02   功能富集  

GO分析結(jié)果表明，這些糖酵解基因可以在一些基本的生物過程中富集，包括ADP代謝，丙酮酸代謝，嘌呤核苷二磷酸代謝和核苷二磷酸代謝。其中一些富含分子功能，影響碳水化合物磷酸酶活性，糖磷酸酶活性，磷酸酶活性，氧化還原酶活性等。同時，KEGG分析顯示，這29個預后基因主要與碳代謝、糖酵解/糖異生、丙酮酸代謝、糖胺聚糖生物合成、硫酸乙酰肝素/肝素有關(guān)。這些基因連接形成PPI網(wǎng)絡(luò)。

03   構(gòu)建預后模型  

多因素Cox回歸分析納入13個基因（ADH5、DCN、G6PD、PGAM1、ZNF292、CDK1、PFKFB2、FAM162A、GNPDA2、SDC3、INSR、GLC、HS2ST1），構(gòu)建預后風險模型并繪制列線圖。構(gòu)建的預后風險模型的風險評分=（ADH5×-0.795）+（DCN×-0.470）+（G6PD×-1.020）+（PGAM1×1.114）+（ZNF292×1.157）+（CDK1×0.812）+（PFKFB2×2.043）+（FAM162A×1.456）+（GNPDA2×-1.047）+（SDC3×-0.748）+（INSR×1.278）+（GLCE×0.671）+（HS2ST1×-1.841）。

04   預后模型的評估和驗證  

作者對所有OS患者的風險評分進行了排序，以獲得生存率的分布。隨著風險評分的增加，患者的死亡率逐漸增加。經(jīng)過計算，風險比（HR）>1（ZNF292，CDK1，FAM162A，INSR，GLCE）的基因被歸類為風險基因，而HR<1的基因（ADH5，DCN，G6PD，PGAM1，PFKFB2，GNPDA2，SDC3，HS2ST1）為保護基因。高危組患者更可能表達風險基因，而低危組患者傾向于表達保護基因。

OS患者的1年，3年和5年生存率的曲線下面積（AUC）分別為0.959，0.899和0.895，這意味著風險模型具有顯著的預后價值。此外，根據(jù)預后模型繪制的K-M曲線，高危組TARGET骨肉瘤數(shù)據(jù)集、GSE21257數(shù)據(jù)集和GSEGSE39055數(shù)據(jù)集的存活率低于低危組。

05   轉(zhuǎn)移相關(guān)預后基因  

使用基于優(yōu)特征預后基因組合的SVM和RF構(gòu)建樣本分類模型，基于轉(zhuǎn)移組和非轉(zhuǎn)移組的OS差異表達值構(gòu)建SVM和RF分類器，以及用于TARGET數(shù)據(jù)集誤差分析的無監(jiān)督聚類方法。結(jié)果表明，當預后數(shù)設(shè)置為5時，佳預后基因組合在分類轉(zhuǎn)移中的準確性高。如圖5C所示，與SVM（AUC = 0.985）相比，RF構(gòu)建的樣本分類模型具有更高的精度（AUC接近1）。

RF分類器的迭代計算過程如圖 5D 所示。RF分類器算法從腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)性方面得到預后基因的特異性重要性排名， 篩選出與腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)性高的7個預后基因（INSR、FAM162A、GLCE、ADH5、G6PD、SDC3、HS2ST1），基于7個基因構(gòu)建轉(zhuǎn)移相關(guān)疾病模型。

06   實驗驗證  

作者選擇了對OS轉(zhuǎn)移具有高重要性的INSR基因進行驗證。 WB結(jié)果顯示，INSR蛋白在人MG-63骨肉瘤細胞中的表達高于人hFOB1.19成骨細胞。Transwell測定證實MG-63細胞比hFOB1.19細胞遷移更顯著（ 圖6C ）。 WB結(jié)果表明，siRNA-INSR有效降低了INSR蛋白表達。Transwell測定還顯示，與對照組相比，siRNA-INSR轉(zhuǎn)染后MG-63細胞的侵襲顯著減少。這些結(jié)果進一步證實了INSR對OS轉(zhuǎn)移的重要調(diào)控作用。

小編總結(jié)

本文是一篇使用糖酵解相關(guān)基因構(gòu)建預后模型的文章，亮點在于使用了非TCGA和GEO數(shù)據(jù)。

糖酵解途徑在癌癥發(fā)生和進展中發(fā)揮重要作用，因此有必要尋找糖酵解途徑相關(guān)的生物標志物，用于OS患者的預后。

本研究基于糖酵解通路13個關(guān)鍵基因構(gòu)建OS預后風險模型，從基因水平提高OS患者的預后能力。結(jié)果表明，該風險模型能夠成功地將OS患者分為高風險和低風險組，影響總生存期。作者還發(fā)現(xiàn)INSR在MG-63骨肉瘤細胞中的高表達，這與腫瘤細胞中的高水平糖酵解有關(guān)。