【原】J Cancer | 鉴定谷氨酰胺代谢相关基因特征以预测结直肠癌预后

智汇基因 2024-05-14 发布于广东

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导语

结果：

与结直肠癌相关的谷氨酰胺代谢的预后基因鉴定

该研究的整体工作流程如图1所示。首先，从MSigDB数据库中获取了573个与谷氨酰胺代谢相关的基因。其次，从TCGA数据库中检索到了10,384个差异表达基因。最后，对谷氨酰胺代谢相关基因和结直肠癌差异表达基因进行交集运算，得到了一个包含198个与谷氨酰胺代谢相关的基因的矩阵，如图2A所示。

与结直肠癌相关的谷氨酰胺代谢基因预测模型的构建

在进一步筛选从TCGA数据库下载的480名CRC患者的数据后，作者发现433名CRC患者具有完整的临床信息，包括作者研究所需的生存数据（表1）。患者的人口统计学和基线特征见表2。为了研究198个谷氨酸代谢相关基因在CRC中的预后价值，作者首先进行了单变量Cox回归分析。该分析确定了42个基因与CRC患者的总体生存显著相关（p < 0.05）。进一步，作者对这42个基因进行了LASSO多变量Cox分析，并确定了15个谷氨酸代谢相关基因与CRC预后显著相关（表2）。

基于15个谷氨酰胺代谢相关基因的预后模型效力的内部和外部验证

为了评估与谷氨酰胺代谢相关的15个基因对结直肠癌的预测能力，作者进行了内部和外部验证。在内部验证中，根据风险系数计算了433名患者的风险评分。随后，根据风险评分的中位数确定了高风险组和低风险组。然后，使用时间相关的ROC曲线和KM曲线分析比较了这两组。风险评分预测的ROC曲线下面积（AUC）为0.774（图2E），表明基于这15个谷氨酰胺代谢基因的预测模型对结直肠癌具有出色的预测能力。KM曲线分析（图2F）显示，高风险组的总生存期（OS）较低风险组更短（p < 0.0001）。此外，两组的风险评分和生存时间分布显示，低风险组的患者相比高风险组有更长的生存期（图2G-H）。

与结直肠癌患者的总生存率相关的谷氨酰胺代谢相关预测模型

为了验证预后模型与患者总生存期之间的相关性，进行了单变量COX回归分析。分析结果显示，临床分期（P < 0.001）、TNM分期（P < 0.001）和风险评分（P < 0.001）与总生存期显著相关（图4A）。多因素COX分析表明，临床分期（P < 0.05）和风险评分（P < 0.001）仍然是与结直肠癌患者总生存期相关的独立预后因素（图4B）。总之，作者的谷氨酰胺代谢预后模型是评估结直肠癌预后的独立可靠因素。

谷氨酰胺代谢相关预测模型与临床特征之间的关联

为了研究风险评分与临床特征之间的关系，作者分析了433例CRC患者的预后模型与患者临床参数的相关性。结果显示，风险评分在临床分期和T、N、M分期较晚的患者中较高，而在早期分期的患者中较低（图5C-F），这表明预后模型是可靠的。遗憾的是，年龄和性别在风险评分方面没有统计学上显著的差异，如图5A-B所示（p > 0.05）。

谷氨酰胺代谢相关的预测模型与免疫相关性分析

结果表明，高风险组的巨噬细胞和浆细胞样树突状细胞（pDCs）水平明显高于低风险组。相反，高风险组的Th2细胞水平低于低风险组（图6A）。在免疫细胞功能方面，高风险组主要与T细胞共刺激相关，而低风险组主要与I型干扰素（INF）反应相关（图6B）。在免疫亚型方面，C2的风险评分高于C1（P < 0.05）。然而，C3和C4之间没有显著差异（图6C）。此外，作者进一步分析了免疫评分和基质评分与风险评分之间的相关性。如图6D-E所示，基质评分与风险评分呈显著正相关（P < 0.0001）。然而，免疫评分与风险评分之间没有显著相关性（P = 0.94）。

谷氨酰胺代谢相关基因与药物敏感性的相关分析

药物敏感性分析显示，CBLN2 和 GCYATL1 的表达与芦荟素敏感性呈正相关（图 7A-B）（p < 0.001），而 GCYATL1 与长春新碱敏感性呈负相关（图 7F）（p < 0.001）。此外，CABL1 的表达水平升高可以增强 LOXO-101（图 7C）和 NMS-E628（图 7M）的药物敏感性（p < 0.001）。同样，Dabrafenib（图 7D）、Vemurafenib（图 7E）和 Encorafenib（图 7H）的药物敏感性与 NLGN1 的表达呈强正相关（p < 0.001）。如图 7G 和图 7J 所示，SYT4 和 VWC2 的表达水平较高与诺维尔的药物敏感性更强相关（p < 0.001）。有趣的观察结果是，NRG1 的表达与 Dasatinib（图 7K）、BLU-667（图 7L）和 Ibrutinib（图 7O）等药物的敏感性呈显著正相关（p < 0.001），而与 Selumetinib（图 7I）和 ARRY-162（图 7P）的敏感性呈高度显著负相关（p < 0.001）。最后，图 7N7N 表明 UCN 的表达水平越高，对奈拉巴林的药物敏感性越大（p < 0.001）。

标度模型的构建

为了更好地评估结直肠癌患者 1 年、2 年和 3 年生存的概率，作者开发了一个判定图模型。该模型整合了年龄、性别、临床分期和谷氨酰胺代谢相关基因特征等临床特征的得分（图 8A）。判定图模型使作者能够观察到低风险组结直肠癌患者的生存概率高于高风险组的患者。此外，校准曲线表明判定图能够有效预测 1 年、2 年和 3 年的总体生存率与实际生存率一致（图 8B-D）。如图 8E-G 所示，判定图对于 1 年、2 年和 3 年总体生存率的 AUC 值分别为 0.876、0.838 和 0.838。这进一步表明谷氨酰胺代谢相关基因谱具有优秀的结直肠癌患者预测能力。

验证 CRC 样本中谷氨酸代谢相关核心基因的表达水平

在先前的分析中，如图 2D 所示，作者发现在 15 个谷氨酰胺代谢相关基因中，CBLN1 和 GLYATL1 是 CRC 预后的独立因素，根据多因素 Cox 回归（P < 0.05）。为了进一步评估 CBLN1 和 GLYATL1 基因的表达水平，这些基因对于构建 CRC 预后特征非常重要，作者首先通过从 TGGA 数据库和 GEO 数据库下载来预测它们的表达（图 9A-C）。作者观察到，与 CRC 组织相比，CBLN1 在正常组织中的表达水平较低，而 GLYATL1 的表达水平较高。此外，作者进行了免疫组化（IHC）实验，评估了 10 个收集的 CRC 组织和相邻正常组织中 CBLN1 和 GLYATL1 的表达水平。如图 9D 所示，与正常组织相比，CRC 组织中 CBLN1 的表达水平较低，而 GLYATL1 在 CRC 组织中高度表达，与数据库的结果一致。