通过加权基因共表达网络分析识别多发性骨髓瘤早期诊断的生物标志物及其临床相关性

来源 :安徽医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:danfengtaoyang
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研究背景与目的:多发性骨髓瘤(multiple myeloma,MM)是骨髓瘤细胞克隆性异常增生的恶性肿瘤,也是最常见的血液系统恶性肿瘤之一。该疾病的特征是骨髓中浆细胞像肿瘤细胞一样可以无限增殖,并且绝大部分病例会分泌单克隆免疫球蛋白或其片段(M蛋白),导致器官或组织损伤。骨痛、贫血和肾功能不全、感染和高钙血症等是其常见的临床表现。西方工业发达国家的多发性骨髓瘤的发病率在4/10万人左右,高于中国人多发性骨髓瘤的发病率(0.6-1/10万人)。我国MM的平均发病年龄58岁,30岁以下的患者比较少见。近些年来,随着多发性骨髓瘤的治疗方案的不断优化与改进,多发性骨髓瘤患者的生存率较以往得到了明显提高。但是,该种疾病发病机制不明确导致其在诊断时比较困难,另外,经过多种化疗方案治疗后,MM最终会进入到复发难治型多发性骨髓瘤阶段,而此阶段疗效极差、预后不良。因此,MM早期诊断及早期治疗非常重要。然而,用于多发性骨髓瘤早期诊断的生物标志物目前尚有限,相关分子机制的认识也有待深入,鉴于此,通过分析MM肿瘤细胞演化过程,或许可以为多发性骨髓瘤的早期发现和治疗提供新的靶点。通过加权基因共表达网络分析(weighted gene coexpression network analysis,WGCNA),可以构建一个稳健的基因共表达网络,根据大规模基因表达谱识别驱动关键细胞信号通路的枢纽基因。近年来,WGCNA已经在很多研究中得到了应用,并且提供系统生物学的功能解释,这为癌症病理生理学研究提供了一些启发。然而,WGCNA在多发性骨髓瘤的相关研究及应用鲜见报道,因此,本研究旨在通过WGCNA来探讨在多发性骨髓瘤肿瘤细胞演化相关新的生物标志物,并在临床多发性骨髓瘤患者中用实时定量聚合酶链式反应(Real-time quantitative polymerase chain reaction,q RT-PCR)进行验证,希望为多发性骨髓瘤的诊断、治疗及靶向用药设计提供新思路和线索。方法:利用NCBI GEO数据库中的GSE47552筛选差异表达基因(DEGs)。通过加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)研究共表达模块与多发性骨髓瘤的潜在关系,并筛选出枢纽基因。随后,将重叠的DEGs和hub基因作为多发性骨髓瘤的关键基因。我们通过接收者操作特性曲线(receiver operating characteristic,ROC)评价关键基因的诊断价值。然后,通过t检验分析筛选GSE47552数据集中具有多发性骨髓瘤诊断价值的关键基因的表达量。最后,通过q RT-PCR检测和验证多发性骨髓瘤中一些关键基因的表达水平,并分析关键基因与多发性骨髓瘤的相关性。结果:选择41例多发性骨髓瘤标本和20例意义未明的单克隆免疫球蛋白血症标本进行DEGs鉴定。用R语言的Limma软件包筛选了278个差异表达基因,其中深绿色模块、绿黄色模块、蓝绿色模块包含1963个基因,上述1963个基因与多发性骨髓瘤相关性最显著。重要模块与差异表达基因取交集后,筛选出238个关键基因。另外,我们关注了一类在多发性骨髓瘤中鲜见研究的SNORNA基因,ROC曲线分析显示,我们建立的预测模型中SNORA71A具有良好的预测效果(p=0.07)。其ROC曲线下面积为0.75。SNORA71A在多发性骨髓瘤骨髓标本中的表达增加(P=0.05)。q RT-PCR结果显示,与健康人群相比,51例患者标本中SNORA71A表达上调,(P<0.05)。SNORA71A在I期A组、II期A组III期B组的表达量均高于健康人(P=0.0453,P=0.0262,P<0.0001),且从I期A组到III期B组呈上升趋势。线性相关分析显示,肌酐与SNORA71A呈正相关(r=0.49 P=0.0002)。随后我们将51例患者根据有无肾功能异常进行分组,进行差异分析,发现SNORA71A在多发性骨髓瘤外周血和骨髓标本中的表达水平均显著高于正常人,且SNORA71A在有肾功能异常组的表达量低于无肾功能异常组(P=0.0548,P=0.0496,P=0.0015,P=0.0098)。结论:本研究发现,SNORA71A在多发性骨髓瘤中表达上调,并与临床分期存在相关性,提示SNORA71A可作为多发性骨髓瘤早期诊断的新型生物标志物和潜在的治疗靶点。
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