胰腺癌线粒体自噬预后预测模型构建及其潜在生物标志物PRKN的机制研究

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胰腺癌是人类最致命的癌症之一,恶性程度极高,是预后较差的消化系统肿瘤之一。由于胰腺癌发病隐匿,病情发展迅速,临床就诊时大部分患者已处于晚期,错过了最佳的治疗时机。因此,迫切需要一种全新的多基因集合诊断和治疗生物标记物用于改善胰腺癌患者的预后。越来越多的研究证明,线粒体在恶性肿瘤的进展中发挥重要的调控作用。其中,线粒体自噬作为一种保守的细胞过程,可以通过选择性去除功能失调的线粒体,转移制造癌症所需的营养物质,进一步支持癌细胞的分裂与增殖。尽管越来越多的证据表明线粒体自噬与胰腺癌的发生发展有关,但线粒体自噬相关基因对胰腺癌预后和治疗反应的影响仍在很大程度上未知。目的:在这项研究中,我们试图构建一个线粒体自噬相关的基因标签,并评估其预测胰腺癌患者生存、免疫活性、突变状态和化疗反应的能力,识别胰腺癌患者潜在的生物标志物。方法:(1)基于免疫评分分类的癌症基因组图谱(TCGA)胰腺癌患者队列筛选差异表达的线粒体自噬基因。同时利用一致性聚类分析鉴定胰腺癌患者亚型。(2)利用单因素COX回归和最小绝对收缩和选择算子(LASSO)回归算法进行特征基因选择以构建预后预测风险模型。利用Kaplan-Meier曲线分析模型高低危险组间生存差异,使用时间依赖性受试者工作特征(ROC)评估模型预测能力,利用国际癌症基因组联盟(ICGC)数据库中ICGC-PACA-AU的数据样本,以及基因表达综合数据库(GEO)中GSE28735、GSE62452数据集作为外部验证集验证模型的准确性和稳定性。同时,利用多因素COX回归分析后的临床因素绘制列线图以指导临床决策。(3)筛选高低危险组差异表达的基因以进行功能富集分析。利用单样本基因富集分析(ss GSEA),CIBERSORT算法以及Spearman相关性分析评估高低风险组患者与免疫浸润水平的相关性,同时分析组间免疫检查点基因表达情况,展示高低风险组的突变差异,并根据最大的公开药物基因组学数据库(GDSC)预测了每个样本的化疗反应。(4)分析三个线粒体自噬风险基因的生存以及免疫水平。利用逆转录实时定量DNA聚合酶链反应(q RT-PCR)以及Western Blot方法检测PRKN的m RNA和蛋白表达水平。检测过表达PRKN后胰腺癌细胞增殖和细胞凋亡情况。结果:(1)基于免疫评分分类的TCGA胰腺癌患者队列,我们筛选出7个差异表达的线粒体自噬基因。特别地,我们基于29个线粒体自噬基因的一致性聚类结果,鉴定了3个胰腺癌分子分型,证明了线粒体自噬基因在胰腺癌的预后价值。(2)通过单因素和LASSO回归分析,我们构建了一个包含3个线粒体自噬风险基因(PRKN,SRC,VDAC1)标签的预后模型,并根据中位风险评分将胰腺癌患者分为高、低风险组,其中高危组与胰腺癌生存率差显著有关。多因素回归分析后发现PRKN是与预后独立相关的基因。然后,我们利用ICGC数据和GEO数据库验证了预后模型的准确性和稳健性,结果发现,胰腺癌患者的三年生存预测AUC均大于0.8,这显示出我们预后模型较高的临床诊断潜力。随后我们确定风险评分为独立的预后预测因子,并构建列线图来指导临床决策。(3)通过对预后模型的进一步功能分析后发现,高危组患者的免疫抑制水平增强,突变率较高,这可能是其生存期较差的原因。此外,药物敏感性分析显示高危患者对紫杉醇和厄洛替尼的用药更敏感。(4)通过对3个线粒体自噬风险基因进一步的生存分析结果显示,高表达PRKN与良好的生存率有关,而高表达的SRC和VDAC1与较差的生存率有关。免疫相关性分析则显示PRKN与免疫浸润水平成正相关。体外实验则进一步验证了PRKN在胰腺癌进程的重要作用。细胞实验结果表明PRKN可能通过抑制细胞增殖,促进细胞凋亡来影响胰腺癌的发生发展,提示PRKN有可能作为胰腺癌潜在的诊断生物标志物和治疗靶点。结论:胰腺癌线粒体自噬相关基因标签是一种新的胰腺癌预后预测模型,可以用作预测指示标志,并有效用于胰腺癌患者的预后分层,免疫活性,突变,化疗用药预测。其中线粒体自噬关键调节因子PRKN有望成为胰腺癌患者新的诊断生物标志物和治疗靶点。
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