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當(dāng)油膩的“Meta”碰上純潔的“生信”，會(huì)擦出什么樣的火花？
哈嘍，大家好，今天為大家分享一篇發(fā)表在Molecular Therapy - Nucleic Acids雜志(IF：7.032)上的文章“A Chemoresistance lncRNA Signature for Recurrence Risk Stratification of Colon Cancer Patients with Chemotherapy”，本文中作者構(gòu)建了化療耐藥性lncRNA的特征CRLSig預(yù)測模型。乍看題目，小編并不覺得其有什么奇特之處，但精讀之后，才發(fā)現(xiàn)妙不可言啊~，當(dāng)油膩的“Meta”碰上純潔的“生信”，尤其是作者還使用了一種新型的蛋白質(zhì)分析工具“Protemaps”，瞬間為文章增色不少，好奇的小伙伴和小編一起來學(xué)習(xí)下吧~
數(shù)據(jù)來源：
TCGA：https://portal.gdc.cancer.gov
GEO：http://www.ncbi.nlm.nih
篩選標(biāo)準(zhǔn)：
1)含有總體/無復(fù)發(fā)生存數(shù)據(jù)；
2)含有化療及其他療法信息；
3)樣本量超過50名患者；
4)有臨床數(shù)據(jù)，如AJCCTNM分期、年齡和性別。
研究對象：
★共納入了1171名結(jié)腸癌患者(未接受化療715名，接受化療456名)。
★接受化療的患者作為訓(xùn)練隊(duì)列（GSE103479(n=60)、GSE39582(n=240)和GSE72970(n=83)）。
★TCGA_COAD隊(duì)列中71名僅接受化療的患者作為外部驗(yàn)證隊(duì)列。
★未接受化療的患者作為對照組GSE103479(n=70)、GSE39582(n=326)和TCGA_COAD(n=319)。
★SMC隊(duì)列（GSE132465）單細(xì)胞測序數(shù)據(jù)的65362個(gè)細(xì)胞。scRNA-seq數(shù)據(jù)中上皮細(xì)胞的CMS亞型也來自SMC隊(duì)列。
患者基線資料：
流程圖
結(jié)果展示
1.通過Meta-分析鑒定結(jié)腸癌患者中化療相關(guān)的lncRNA
使用GENCODE v25和RefSeq v79進(jìn)行注釋，從GSE103479、GSE39582和GSE72970中共獲得了2456個(gè)獨(dú)特的lncRNA。然后，進(jìn)行Cox比例風(fēng)險(xiǎn)回歸分析，檢測2456個(gè)lncRNA的RFS-相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)比(HR，95%CI)，根據(jù)患者的TNM分期進(jìn)行調(diào)整。為了獲得在接受化療患者中與RFS相關(guān)的lncRNA，使用Meta-分析固定效應(yīng)模型匯總2456個(gè)lncRNA的HR，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，177個(gè)lncRNAs在未化療患者中與RFS顯著相關(guān)，268個(gè)lncRNAs在化療患者中與RFS顯著相關(guān)（圖2A）。其中，在接受化療的結(jié)腸癌患者中，有55種lncRNAs被識(shí)別為穩(wěn)定的化療耐藥lncRNAs（meta-HR>1，P<0.00）。這55個(gè)lncRNAs與化療患者顯正相關(guān)（圖2B）。化療相關(guān)lncRNA的預(yù)后值和β系數(shù)均顯示在圖2C和補(bǔ)充表S3中。
2.CRLSig的構(gòu)建和驗(yàn)證
為了更好地區(qū)分化療耐藥人群，選擇在化療患者中發(fā)現(xiàn)的預(yù)后顯著較差的lncRNA構(gòu)建了名為CRLSig的化學(xué)抗性lncRNAs特征，如
其中i和j代表化療相關(guān)lncRNA的序列和總數(shù)，βi是相應(yīng)lncRNA的系數(shù)，expi是相應(yīng)隊(duì)列中l(wèi)ncRNA的標(biāo)準(zhǔn)化表達(dá)。
預(yù)后分析顯示，化療組結(jié)腸癌患者的RFS可通過CRLSig在這些隊(duì)列中顯著區(qū)分（圖3A-3C）。此外，在驗(yàn)證集中，可以觀察到高CRLSig組和低CRLSig組之間的顯著差異（圖3D）。研究證明CRLSig可以區(qū)分高組和低組，即使患者接受了標(biāo)準(zhǔn)的輔助化療，該工具可仍用于識(shí)別接受化療的預(yù)后較好的患者或RFS高風(fēng)險(xiǎn)的患者。ROC分析顯示CRLSig預(yù)測結(jié)腸癌預(yù)后的AUC分別為GSE39582（0.58-0.65）、GSE72790（0.73-0.75）、GSE103479（0.46-0.65）和TCGA_COAD（0.71-0.83）（圖3E-3H）。復(fù)發(fā)狀態(tài)隨CRLSig增加的直方圖也顯示了相同的趨勢（圖3I-3L）。
3.結(jié)腸癌化療患者CRLSig亞組分析
進(jìn)一步測試了GSE39582、GSE72970和TCGA_COAD隊(duì)列中不同TNM分期的CRLSig預(yù)后值（GSE103479的患者均為II+III期，無IV期），以評(píng)估CRLSig的準(zhǔn)確性和有效性，盡管已經(jīng)構(gòu)建了基于TNM調(diào)整后的CRLSig，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在訓(xùn)練隊(duì)列（GSE72970和GSE39582）和驗(yàn)證隊(duì)列（TCGA_COAD）（圖4A-4F）中，II+III期或IV期患者的高和低CRLSig組的RFS仍存在顯著差異。
4.CRLSig對化療治療反應(yīng)的預(yù)測
考慮到55個(gè)lncRNAs可能會(huì)降低化療的有效性，作者驗(yàn)證了CRLSig對TCGA隊(duì)列（n=71）患者化療反應(yīng)的預(yù)測值。條形圖顯示CRLSig評(píng)分隨著SD/PD的增加而增加（圖5A）。直方圖的卡方檢驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)CRLSig與化療反應(yīng)之間存在顯著關(guān)聯(lián)（圖5B）。SD/PD狀態(tài)化療患者的CRLSig評(píng)分高于PR/CR狀態(tài)患者（圖5C）。ROC分析顯示，使用95%CI的CRLSig預(yù)測PR/CR的AUC為0.731(0.554-0.878)（圖5D）。
5.TCGA_COAD中低和高CRLSig之間的通路富集分析
在這里，作者采用了一種新的蛋白質(zhì)定量數(shù)據(jù)分析工具“protemaps”，該工具能夠展示蛋白質(zhì)的定量組成，重點(diǎn)是蛋白質(zhì)的豐度和功能。在蛋白質(zhì)圖譜中，每個(gè)蛋白質(zhì)都顯示為一個(gè)多邊形，功能相關(guān)的蛋白質(zhì)出現(xiàn)在相鄰區(qū)域，區(qū)域大小代表蛋白質(zhì)豐度高低。
根據(jù)KEGG通路分析顯示，對化療有反應(yīng)患者的代謝基因比例高于無反應(yīng)患者（圖5E-5F）。此外，低CRLSig患者一部分代謝基因與對化療有反應(yīng)的患者相似（圖5G-5H）。因此，在反應(yīng)組或低CRLSig組中，較高水平的代謝RNA占主導(dǎo)地位。
為了觀察這些患者的代謝特征，作者進(jìn)一步收集了先前研究的113條代謝途徑，并在本研究中對接受化療的TCGA_COAD患者進(jìn)行了GSVA分析(基因集變異分析)。通過比較化療患者的高/低CRLSig組或CR、PR/PD、SD組，發(fā)現(xiàn)PR/CR患者和低CRLSig患者分別有27和25條代謝途徑被激活。其中，尿素循環(huán)、丙酮酸代謝和硫辛酸代謝等17條代謝途徑在PR/CR和低CRLSig組中均被激活（圖5I和圖5J）。
6.CRLSig與其他臨床病理因素的獨(dú)立性及其臨床特征
為了確定CRLSig的預(yù)后價(jià)值是否獨(dú)立于訓(xùn)練和驗(yàn)證隊(duì)列中的其他臨床病理因素，作者使用單變量Cox回歸分析來測試CRLSig的性能（補(bǔ)充表S7）。同時(shí)進(jìn)行了多變量Cox回歸分析，結(jié)果顯示CRLSig在訓(xùn)練隊(duì)列和驗(yàn)證隊(duì)列中均與RFS顯著相關(guān)（圖6A）。作者還測試了TCGA隊(duì)列中CRLSig與其他臨床病理因素之間的關(guān)系。除了OS和RFS，CRLSig還與結(jié)腸癌化療患者的TNM分期顯著相關(guān)（圖6B）。在TCGA驗(yàn)證隊(duì)列CRLSig與OS顯著相關(guān)（圖6C）。
為驗(yàn)證CRLSig在其他接受化療的癌癥患者中的應(yīng)用價(jià)值，作者對接受化療的18種癌癥患者進(jìn)行CRLSig的Cox回歸分析，發(fā)現(xiàn)在PAAD和STAD隊(duì)列中，采用CRLSig評(píng)分可以將患者分為兩組，預(yù)后顯著不同（補(bǔ)充圖S6A-S6C）。
7.CRLSig的微環(huán)境特征
在TCGA隊(duì)列中，作者通過xCellR包獲得了大量接受化療的結(jié)腸癌患者的免疫浸潤細(xì)胞。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，自然殺傷T(NKT)細(xì)胞與CRLSig顯著相關(guān)。其他免疫細(xì)胞，包括巨噬細(xì)胞、CD8+幼稚T細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞和CD8+Tcm，與CRLSig呈負(fù)相關(guān)（圖6D）。一些趨化因子和細(xì)胞因子受體基因，如CSF2RB、CXCL14和CXCL9，也與CRLSig呈負(fù)相關(guān)（圖6E）。
此外，作者在GSE132465的單細(xì)胞測序數(shù)據(jù)中計(jì)算了65362個(gè)細(xì)胞中的CRLSig，發(fā)現(xiàn)與其他細(xì)胞相比，基質(zhì)細(xì)胞中的CRLSig值更高（圖6F-6G）。共識(shí)分子分型(CMS)為結(jié)直腸癌提供了生物學(xué)上合理的分層。為了在單細(xì)胞水平上探索CRLSig與CMS亞型之間的關(guān)系，作者使用之前的scRNAseq數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，CMS1和CMS4亞型在腫瘤上皮細(xì)胞中比其他CMS亞型具有更高的CRLSig（圖6H）。
結(jié)語
結(jié)腸癌是胃腸道最常見的惡性腫瘤之一，結(jié)腸切除術(shù)與輔助化療和放療相結(jié)合，被公認(rèn)為結(jié)腸癌的標(biāo)準(zhǔn)治療方法。雖然化療是有益的，但結(jié)果差異很大。此外，還沒有開發(fā)出有效的臨床預(yù)測因子來確定哪些結(jié)腸癌患者將從化療中受益，這也表明適當(dāng)?shù)幕颊叻謱拥闹匾浴Ｔ诒疚闹?，作者提出了一種基于長鏈非編碼 RNA (lncRNA) 的結(jié)腸癌患者化療預(yù)測模型，從而期望能夠提供更好的患者分層，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更有效的個(gè)性化化療。所以說呢，雖然分析的方法和套路都大同小異，但是作者的研究還是具有一定的臨床意義的，作者還結(jié)合了meta分析和生信分析兩種大數(shù)據(jù)分析工具，在經(jīng)典的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，不就是我們應(yīng)該追求的嗎？
參考文獻(xiàn):
Hao Wang, Yuzhen Gao, Somayeh Vafaei, Qiaoyan Yu, Jun Zhang, Liangjing Wang,A Chemoresistance lncRNA Signature for Recurrence Risk Stratification of Colon Cancer Patients with Chemotherapy,Molecular Therapy - Nucleic Acids,2021,ISSN 2162-2531,https://doi.org/10.1016/j.omtn.2021.12.015.
