基于m6A甲基化修饰及上皮细胞间质转化构建结直肠癌多基因预后模型

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目的:结直肠癌(Colorectal cancer,CRC)是世界范围内常见的消化道恶性肿瘤,其发病率在我国已跃居所有肿瘤第二。尽管癌前筛查推广及治疗手段发展显著提高CRC患者的预后,但是仍有相当一部分患者在初诊时已处于肿瘤晚期且其预后较差。既往研究表明CRC发展是一个多分子事件参与的复杂生物学过程,因此寻找并验证分子标志物对于CRC的早期诊断及预后评估显得尤为重要。N6-甲基腺嘌呤(N6-methyladenosine,m6A)甲基化修饰是指腺嘌呤第6位氮原子上的甲基化修饰,其可通过调控信使RNA和非编码RNA表达发挥生物学作用。上皮细胞间质转化(Epithelial-mesenchymal transition,EMT)是指上皮细胞获得间质表型的生物学过程。最新研究表明,m6A甲基化修饰及EMT均在CRC发生发展过程中扮演着重要角色。本研究拟通过生物信息学手段筛选若干CRC预后相关的m6A甲基化修饰及EMT分子并构建多分子预后模型,以期为基于分子标记物的CRC预后评估提供新思路。方法:通过搜索肿瘤基因组图谱(The cancer genome atlas,TCGA)数据库下载获得CRC样本的信使RNA(mRNA)表达谱数据以及临床样本拷贝数变异(Copy number variation,CNV)信息。GEO 数据库(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/)下载 4 套结直肠癌样本的表达谱数据(GSE39582,GSE103479,GSE14333 及 GSE38832)。dbEMT 数据库(http://www.dbemt.bioinfo-minzhao.org)下载得到 1184 个 EMT 相关基因以及IMvigor210CoreBiologies 数据集(http://researchpub.gene.com/IMvigor210 CoreBiologies/IMvigor210CoreBiologies.tar.gz.)的膀胱癌免疫治疗数据信息。利用加权基因共表达网络分析(Weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)筛选与 m6A 分类相关的共表达模块。Cox分析过滤得到m6A分类相关的9个特征基因。针对上述特征基因,一方面根据基因表达将CRC样本分为两个亚型,比较亚型间转录组、免疫浸润、突变等方面差异;一方面根据特征基因构建风险预后模型,随后对利用外部数据集进行验证并分析模型与临床特征、免疫浸润、干细胞表型、免疫治疗等因素的相关性。结果:首先,我们基于1184个EMT相关基因通过WGCNA筛选9个模块基因,分别是YAP1、FAM3C、NUBPL、GLO1、JARID2、NFKB1、CDKN1B、HOOK1、GIPC2。通路富集分析提示上述基因与缺氧诱导因子、细胞增殖等通路相关。随后,我们利用9个特征基因的表达谱进行一致性聚类,将TCGA+GSE39582样本分为2个不同的亚型(Cluster 1和Cluster 2)。大部分免疫细胞浸润比例、免疫检查点抑制剂临床效果在Cluster 1和Cluster 2间存在显著差异,而基因突变数目在两者间不存在显著差异。随后,我们利用9个特征基因对TCGA+GSE39582数据集样本的表达情况进行主成分分析,其中第一主成分被作为样本的风险评分,将样本分高风险组和低风险组。生存分析表明高风险组患者较低风险组患者有着更低的生存率。在结直肠腺癌、结肠腺癌、Ⅰ-Ⅱ期、Ⅲ-Ⅳ期、年龄大于等于60、男性以及女性亚组分析中,高风险组与低风险组的预后差异具有稳定性。高风险组的免疫评分、基质评分显著低于低风险组。大部分免疫细胞浸润得分在高风险组与低风险组中存在显著差异。在T分期中,T3/T4患者的风险得分明显高于T1/T2患者的风险得分。最后,我们在验证队列GSE103479和GSE14333中发现高风险组患者的总体生存率仍低于低分险患者的总体生存率。结论:本研究基于m6A甲基化修饰及EMT表型构建并验证了包含9个特征基因的CRC预后风险模型。该模型不仅能够有效识别预后不良的CRC高风险人群,而且有助于预测免疫检查点抑制剂的临床效果。然后,由于本研究尚存在诸多局限性,多中心大样本的临床验证及针对特征基因的分子机制研究仍十分必要。
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