胶质母细胞瘤中参与前神经元—间质转化的可变剪接事件的综合性分析

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目的:胶质母细胞瘤(GBM)的主要特征是恶性度高、治疗抵抗、术后易复发以及高死亡率,先前的研究表明GBM的瘤内异质性发挥着主要作用,全基因转录组分析确定了四种亚型:前神经元型(PN)、经典型(CL)、间质型(MES)、神经元型(NE),在疾病进展过程中,GBM可以从一种亚型转移到另一种亚型,其中前神经元-间质转化(PMT)具有最重要的生物学意义及临床应用。可变剪接通过增加转录组和蛋白质组的多样性,有助于在高等真核生物中创造复杂的表型,参与多种生物演化进程,一旦出现失调控现象可导致疾病发生和转化。本研究旨在基于高通量测序数据,利用生物信息学方法及其在转录组学研究中的应用,通过系统性的分析可变剪接在前神经元-间质转化的功能作用及调控机制,以及对GBM患者预后的潜在影响。方法:选取TCGA数据库中具有完整临床信息、转录组数据的49例MES型和38例PN型GBM,利用“limma”R软件包确定差异可变剪接事件,并通过单因素COX回归得到与预后相关的差异可变剪接事件,使用LASSO回归及多因素COX回归分析,构建预后风险模型及性能评估。基于Pearson相关性分析和GSVA分析,构建了剪接因子-可变剪接事件-KEGG信号通路调控网络。采用无监督聚类分析验证PMT相关剪接事件,ssGSEA算法获得PMT剪接分数,进一步探究PMT剪接分数及剪接相关肿瘤亚型与免疫浸润和治疗反应性的关系。结果:通过整合分析PN型和MES型GBM的可变剪接事件,我们得到了1342个差异可变剪接事件,其中可变启动子事件的变化最为显著,与之对应的功能分析解释了神经元分化、细胞形态改变和黏附作用等亚型转化相关过程。通过评估可变剪接事件与GBM患者的预后相关性,确定了 75个PMT相关剪接事件,并构建了 6个剪接事件(LRRC29、HDAC9、RPE、ERC1、PLCD1、FAM13A)组成的独立预后风险模型。其中高风险GBM显著集中到MES型,而低风险GBM集中到PN型,不同风险组的生存分析具有显著差异。我们进一步探索剪接因子的异常变化,其中PN型特征性剪接因子包括CELF、ELAVL家族在内的部分剪接因子在MES型GBM中表达下降,而MES型特征性剪接因子RBM46/47则表达升高。通过绘制PMT相关剪接调控网络图,发现剪接因子RBM47/NOVA1调控PPFIBP1的20号外显子跳跃事件,参与细胞外基质受体相互作用的信号通路。由于PMT相关剪接事件可准确、有效地评估GBM亚型状态,因此我们计算了 GBM的PMT剪接分数,发现高PMT剪接分数与MES剪接亚型存在明显的免疫浸润,含有多种免疫抑制细胞,表达更多的免疫检查点相关蛋白,显示出对免疫抑制剂治疗的有效性。结论:基于以上分析结果,我们构建的预后模型可以在个体水平上定量地评估患者预后风险,通过绘制PMT相关剪接网络图,发现了 PPFIBP1的20号外显子跳跃事件是危险的癌症相关可变剪接事件,基于PMT相关剪接事件确定的MES剪接亚型与免疫浸润显著相关,深入研究剪接调控机制有助于揭示GBM间质转化机制并为肿瘤预后诊断和治疗提供新的理论基础。
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