基于生物信息学筛选胃癌失巢凋亡相关基因并构建预后模型.pdf

现代消化及介入诊疗 年 第 卷 第 期 牞 牞 基础研究基于生物信息学筛选胃癌失巢凋亡相关基因并构建预后模型徐腾腾，杨长青，魏子白，纪爱芳，麻丽霞，赵婉彬，张显花【摘要】目的采用生物信息学方法探讨失巢凋亡相关基因（，）在胃癌中的预后价值，并建立了基于 的预后风险评分模型。方法从 数据库和 数据库获得 个 。首先从 数据库获得胃癌患者的基因表达数据和临床资料，并利用 软件提取出差异表达的 ，其次采用单因素 回归筛选出与总生存期（）有关的 ，再次采用 回归和多因素 回归构建 的预后风险评分模型。根据风险评分，将胃癌患者区分为高风险组和低风险组。最后计算 曲线下面积（）和绘制 （）生存曲线评估模型的预测性能，并使用 数据集进行验证。进一步评估风险评分与肿瘤免疫微环境之间的关系。将风险评分与临床病理特征相结合，建立基于 的列线图来预测总生存期。结果筛选 个差异表达的 ，个基因与预后相关，并从中选择 个基因来构建预后风险评分模型。该模型中，高风险组的总生存期显著低于低风险组（），训练集（）和验证集（）证明该模型对患者的预后显示出较好的预测性能。免疫功能分析表明，高风险组和低风险组具有不同的免疫状态。列线图结果表明，可以准确预测胃癌患者的生存率。结论本研究建立了一个由 个 组成的胃癌预后模型，该模型可为胃癌患者的个体化用药提供重要参考。【关键词】胃癌；生物信息学；失巢凋亡；预后模型中图分类号：；文献标志码：作者单位：长治医学院附属和平医院消化内科；长治医学院中心实验室；长治医学院附属和平医院检验科通信作者：魏子白，：基金项目：国家自然科学基金 国科金计项 号；山西省自然基金项目（“四个一批”科技兴医创新计划项目 晋卫科教函 号）；山西省自然基金项目（山西省基础研究计划（自由探索类）晋科发 号）；长治医学院博士科研启动金（）牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牷 牞 牞 牷 牞 牞 【】牗 牘 牞 牞 牞 牞 牞 牗 牘 牞 牞 牞 牗 牘 牗 牘 牞 牞 牞 牞 现代消化及介入诊疗 年 第 卷 第 期 牞 牞 牗 牘 牞 牗 牘 牗 牘 牞 【】牷 牷 牷 作为消化系统常见的恶性肿瘤，胃癌在世界范围的发病率达第 位，死亡率达第 位 。尽管目前有很多手段可以筛查胃癌，但其早期诊断率仍较低，许多胃癌患者就诊时已处于晚期。然而，晚期胃癌的预后较差，其 年生存率极低 。因此，探索更可靠的生物标志物对胃癌患者的预后进行早期评估，以便及时采取临床干预措施以延缓疾病的进展。失巢凋亡是一种程序性细胞死亡过程，由细胞和细胞外基质之间的相互作用丧失引起 。失巢凋亡涉及多种病理过程，包括癌变。失巢凋亡抵抗可促进癌症细胞转移、迁移到远端、重新附着并在新的位置增殖，导致肿瘤扩散并失去手术机会 。研究证实，失巢凋亡抵抗与癌症转移有关，而促进失巢凋亡的发生可作为预防癌症转移的早期干预措施 。然而，很少有研究关注胃癌远处转移与失巢凋亡抵抗之间的关系。本研究通过生物信息学，基于 数据库筛选与胃癌预后有价值的失巢凋亡相关基因（），通过 和 回归分析建立胃癌患者的预后风险评分模型，并构建列线图，可评估胃癌患者预后并提供诊疗新思路，寻找相对应的靶向、免疫药物，及时把握精准治疗的良机。材料和方法 数据获取从 数据库（：）和 数据库（：）下 载 个 。从 数 据 库（：）获得 个胃癌组织与 个正 常 相 邻 组 织 的 表 达 数 据。从 数 据 库（：）下 载 的 数据文件，注释平台为 。方法 的差异表达分析通过“”包筛选肿瘤组织和正常组织差异表达的 。差异基因的筛选方法为：发现错误率（）和 （）。利用“”包绘制热图和火山图用于胃癌中差异表达 的可视化。失 巢 凋 亡 相 关 差 异 表 达 基 因 聚 类 通 过“”包对 队列中的患者进行聚类分析，通过“”包和“”包进行分型生存分析，使用“”包和“”包进行分型差异分析，使用统一流形逼近和投影（）验证“”包聚类的可靠性。功能富集分析下载“”，进行 分析。“”包对高、低风险组患者之间差异表达的基因进行富集分析及可视化，探讨与预后有关的差异表达 的潜在机制。胃癌 的预后模型构建与验证采用单因素 回归分析筛选与预后有关的基因，其次采用“”包对预后相关的 进行 回归分析，将回归系数不为的基因进行多因素 回归分析，建立预后风险评分模型。风险评分（）表达式为：基因表达量 基因表达量 基因表达量 （为基因数，是相关系数）。根据风险评分求中位数，将胃癌患者分为高、低风险组。绘制 生存曲线比较两组的 差异，采用“”包绘制 来评估预后模型的预测性能。风险评分与免疫细胞浸润的关系使用 来估计低风险和高风险人群中免疫细胞类型的比例。每个样本中所有估计的免疫细胞类型得分之和 等于 。应用 相关分析来探讨风险评分值与免疫浸润细胞之间的关系。构建和验证列线图使用性别、年龄、分期、分期和风险评分来构建列线图，进行评估患者未来的生存率。构建校准曲线用来评估实际 与预测 是否一致。绘制 曲线分析来评估临床策略是否对患者有益。统计分析使用 软件 进行统计分析。采用 非参数秩和检验分析肿瘤组织和正常组织的基因表达量的统计学差异。在所有的统计检验中，以 值 被认为具有统计学意义，（错误发现率）被认为具有统计学意义。结果 鉴定与预后相关的失巢凋亡相关基因从 和 数 据 库 共 获 得 个 。从 数据库下载 个胃癌组织与 个正常相邻组织的 表达数据，以 和 （）为阈值，获得 个差异表达的 （个上调，个下调），并绘制热图（图 ）和火山图（图 ）用于差异基因可视化。通过单因素 回归分析，个 中有 个与预后相关（）。森林图显示除 、外，个基因与不良预后相关（图 ）。网络图更清楚地显示 个基因表达水平之间的关系（图 ）。现代消化及介入诊疗 年 第 卷 第 期 牞 牞 图 胃癌中差异表达 的相关性分析：差异表达 热图；：差异表达 火山图；绿色代表下调，红色代表上调，黑色代表没有差异；：单因素 回归分析森林图；：个 之间的相关性网络图 基于失巢凋亡相关差异表达基因的分类为了 更 好 地 了 解 在 胃 癌 中 的 作 用，使 用“”包对 个预后相关的 （）进行一致性聚类分析。如图 所示，当 时，队列可以很好地分为 、两种亚型。总体生存分析显示 、两种亚型之间的预后存在显著差异，组是预后最差的组（）（图 ）。和 用于测试该聚类的准确性。结果表明，当 时，可以很好地识别两种聚类亚型（图 ）。并且展示了两种亚型的相应临床病理特征及 的表达热图（）。应用 包分析 和 两种亚型之间 途径的差异富集。组主要参与局灶性黏附途径、细胞黏附分子和扩张性心肌病途径（图 、）。胃癌失巢凋亡相关基因的预后模型构建和验证为了探索 的临床价值，采用多因素 回归对 个与预后显著相关的 分析（），选取 个与预后显著相关的 ，分别是 、和 ，这 个基因对应的相关系数。将这些基因进行 回归分析筛选出最佳建模基因（图 ），图 为 个基因的系数分布图，进行构建预后风险评分模型，通过图 失巢凋亡相关差异表达基因聚类：共识聚类矩阵和 时，共识聚类累积分布函数（）和 曲线下面积的相对变化；：生存曲线；：和 分析；：表达热图和两种亚型的相应临床病理特征；：功能分析热图；：通过 进行的 功能分析现代消化及介入诊疗 年 第 卷 第 期 牞 牞 回归分析得到每个样本对应的最佳 值，其中 （）（）（）。根据风险评分的中位数，将胃癌患者分为高、低风险组。生存分析显示，高风险组的 明显短于低风险组（图 ，）。利用 数据集对模型做 曲线分析，结果表明训练集在 年、年和 年的 值分别为 、和 （图 ），验证集在 年、年和 年的 值分别为 、和 （图 ）。上述结果表明，该风险评分模型对胃癌预后有较好的预测效能。两种亚型之间的风险评分显著不同（图 ），冲积图显示了失巢凋亡相关集群、风险评分和生活状态的变化（图 ）。图 癌失巢凋亡相关基因和预后标志物的识别和评估：选择 模型中的最佳参数（）；：系数分布；，：生存分析；，：年、年和 年 的 曲线；：两种亚型风险评分；：冲积图 风险评分可用于评估肿瘤免疫微环境免疫微环境在肿瘤发生和免疫治疗中起着重要作用。进一步探索高风险和低风险胃癌患者的肿瘤微环境（）。算法用于量化浸润免疫细胞的相对比例。胃癌样本的风险评分从低到高排序，显示各种免疫细胞的比例（图 ）。随着风险评分的增加，静息记忆 细胞的比例逐渐增加（）（图 ）。高风险组的静息记忆 细胞、巨噬细胞 、静息肥大细胞占胃癌患者免疫细胞成分的更大比例（图 ）。胃癌患者免疫细胞之间的相关性可以更好地理解肿瘤中免疫微环境的组成（图 ）。基于 个基因构建的风险评分预后模型在高风险组和低风险组之间表达模式不同，且与多种免疫细胞浸润密切相关（图 ，）。通过 个预后基因的表达谱评分可用于确定高、低风险组的基质评分、免疫评分（图 ）。图 风险评分对胃癌的免疫微环境：不同风险评分的免疫细胞的相对比例；：风险评分与静息记忆 细胞比例的相关性分析；：高风险组和低风险组之间的免疫细胞成分 ：免疫细胞之间的相关性分析；：个 的热图；：免疫细胞与 个 的相关性分析；：评估高风险组和低风险组的表达谱评分 现代消化及介入诊疗 年 第 卷 第 期 牞 牞 构建并验证列线图考虑到临床病理特征对预测模型的影响，将 风险评分与临床病理特征（年龄、性别、分期、分期）相结合，构建列线图来预测患者 、年的生存率（图 ）。校准图显示，在数据集中实际 和预测 是一致的（图 ）。累积风险曲线显示，列线图中分数较高的胃癌患者总体生存风险逐渐增加（图 ）。曲线分析是一种评价预测模型、诊断测试和分子标记的一种简单直观的方法，通常用来判断临床评估策略是否对患者有益。曲线分析显示，列线图可以准确预测胃癌患者的短期和长期生存期（图 ，）。多因素 分析显示，风险评分、年龄、分期和 分期可作为影响胃癌患者预后的主要因素（图 ）。因此，基于 构建的风险评分列线图可有效地预测患者的预后。图 胃癌患者的列线图：列线图；：校准图；：累积风险曲线；、：曲线；：多因素 回归分析的森林图 讨论胃癌是指发生于胃黏膜上皮的恶性肿瘤，目前在世界范围中胃癌是最常见的恶性肿瘤之一。目前胃癌治疗手段主要包括手术、化疗及免疫治疗等综合性治疗方案，但胃癌的 年生存率仍低于 。因此，早期诊断对提高胃癌患者生存时间至关重要。据报道，失巢凋亡是指正常的贴壁细胞如果长时间处于悬浮状态就会因“无家可归”而死亡，这是一种形式的细胞程序性死亡，属于细胞“自杀”行为，是由与细胞外基质（）脱离接触而诱发的，抵抗失巢凋亡可促进肿瘤的进展。因此，挖掘有价值的失巢凋亡相关的生物标志物来预测胃癌患者的预后非常迫切。本研究通过 数据库和 数据库获得 个 ，使用 的胃癌基因表达数据和生存资料，选取了 个与预后有关的 。使用多因素 回归分析、回归分析选取 个 来构建胃癌预后风险评分模型。有研究表明，这些关键基因与肿瘤的发生和发展密切相关。在胃癌中，通过上调 和 的表达，参与脂肪酸代谢促进失巢抵抗 。的缺失使细胞更容易受到失巢凋亡的影响，并且可以促进肿瘤的转移 。是口腔癌、头颈部鳞状细胞癌患者生存的独立预后因素 。可能通过 信号通路和 炎症信号通路调节 和 的表达，最终影响胃癌细胞的侵袭和迁移 。介导的 敲低损害 细胞的迁移、增殖和失巢凋亡，表明 表达促进与乳腺肿瘤转移相关的细胞特性 。在多种癌症细胞的凋亡中发挥重要作用 。在调节结直肠癌细胞的失巢凋亡敏感性中起着关键作用 。研究表明，在 多 种 实 体 瘤 和 转 移 瘤 中 高 表 达 。介导 诱导的胃癌细胞中 轴的激活，并且与胃癌预后有关 。是肿瘤坏死因子（）家族的成员，配体细胞死亡途径在失巢凋亡中起主要作用 。有研究发现，激活是失巢凋亡的起始过程，随后会受到线粒体的正反馈循环的影响 。据报道，失巢凋亡的调节可能作为 依赖性调节结直肠癌进展的关键调节机制 。本研究为了评估 的预后价值，利用一致性聚类将胃癌患者分为 、两种亚型。生存分析显示 组预后较差。分析表明，组主要参与局灶性黏附途径、细胞黏附分子和扩张性心肌病途径，其中局灶性黏附途径对于癌细胞转移至关重要，整合素回收过程是局灶粘附解聚的关键活化途径 ，恶性细胞也可以通过细胞粘附分子途径来促进肿瘤生长 。然后，使用 和多因素 分析构建了一个包含 个 的胃癌预后模型。生存曲线表示，高风险组的 明显低于低风险组。用外部数据集对模型做 曲线分析表示该模型对胃癌患者的预后具有较强的预测效能。本研究通过多因素 回归分析显示，风险评分、年龄、分期和 分期可作为影响胃癌患者的预后因素。为了准确预测患者的生存率，将风险评分与临床病理特征（性别、年龄、分期、分期）相结合，构建列线图来评估患者的生存率，校准图证明了预测 与实际 之间的一致性。曲线还表明，构建的列线图可以使 、和 年的胃癌患者受益。肿瘤免疫微环境（）对肿瘤转移过程和靶向治疗效现代消化及介入诊疗 年 第 卷 第 期 牞 牞 果有重要影响。根据免疫浸润分析结果，高危胃癌具有较高水平的静息记忆 细胞、巨噬细胞 、静息肥大细胞。在胃癌中，静息记忆 细胞与较差的 显著相关 。巨噬 细 胞 也 可 促 进 胃 癌 的 转 移 和 上 皮 间 质 转 化（）。在胃癌的免疫微环境中，高危人群中浸润更多的静息肥大细胞 。这些免疫细胞的过度表达可能促进胃癌中的肿瘤免疫逃逸，并恶化患者的预后。综上所述，本研究通过多种生物信息学方法，构建了一个包含 个 的胃癌预后风险评分模型和列线图，并且用作建模的基因可以在一定程度上预测胃癌患者的预后和疗效，能够帮助患者寻找相对应的靶向、免疫药物，及时把握精准治疗的良机。因此，本研究构建的 风险评分模型填补了在胃癌中的研究空缺。然而，本研究有一些局限性，构建的风险评分模型和列线图需要通过临床样本和实验数据进一步验证。参考文献 ，：，（）：陈新华，林周盛，陈粤泓，等晚期胃癌治疗的研究进展 中华消化外科杂志，（）：，：，（）：，（）：，（）：，：，：，（）：，（）：，：，（）：，：，：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，（）：，：，：，（）：，：（收稿日期：）（本文编辑：陈冰）