基于WGCNA分析及风险评分构建头颈部鳞状细胞癌的预后模型.pdf

作者单位：，天津中医药大学第一附属医院口腔科通信作者：金祥 ：基于 分析及风险评分构建头颈部鳞状细胞癌的预后模型金祥【摘要】目的：构建 个基因预后模型来预测头颈部鳞状细胞癌（）患者的预后。方法：利用 软件的加权基因共表达网络分析（）和 包分析来自 及 的 数据集，识别差异基因及共表达网络模块基因。用 数据库识别与预后相关基因，用 回归分析构建预后风险模型，进行预后模型的生存分析、单因素和多因素 分析来验证模型的可靠性。结果：在 数据库中得到 个基因与 总体生存相关，回归分析建立 基因的预后模型，低风险组的预后显著优于高风险组（），多因素 分析显示风险评分是独立的预后因子（：，：，）。最后建立了可以预测 、年生存率的列线图。结论：该研究构建并验证了一个新的 基因预后模型，可能作为 预后的生物标志物。【关键词】头颈部鳞状细胞癌；加权基因共表达网络分析；预后模型；生存分析【中图分类号】【文献标志码】【】，【】：（）：（）（），（），（），：，（）（）（：，：，），：【】；头颈部鳞状细胞癌（，）多发于口腔、鼻、咽、喉的黏膜上皮细胞，是全世界第六大常见的恶性肿瘤 。危险因素包括吸烟、酗酒、环境致癌物质及 感染等。大多数 的患者发现确诊时已处于晚期 。尽管手术技术、放化疗及免疫治疗的应用显示良好的效果，但五年生存率仅有 。其中一个重要的原因是缺乏针对早期 的有效生物标志物的认识与应用以便患者及时医治。近年来，靶向治疗已多应用于临床治疗 一线方案 ，因此，寻找 的预后标志物对于为患者提供有效的诊疗方案及延长患者的生存时间存在迫切而又深远的意义。在本研究中，使用 软件整合了 （）和 数据库 的芯片数据，用 （）的样本数据确定了 个与 的生存有关的候选基因，使用 回归分析及列线图构建了预测患者生存率的预后模型。实用口腔医学杂志（），（）资料与方法研究方法及技术路线如图 。数据准备 个 样本（）的芯片数据从 （：）数据库下载，其中包括 个癌症样本及 个正常组织样本。队列的芯片数据包括 个癌症样本及 个正常组织样本从 （：）数据库中获取。个样本的测序数据及临床数据从 （：）数据库获取。图 预后模型构建的流程图 获取 和 数据集的交集基因以校准后的 值 及 为阈值，使用 语言的 包对 和 校正后的数据进行差异分析。利用加权基因共表达网络分析（，）包 进行加权基因共表达网络分析，得到两个队列 的模块。选取两个队列的差异基因及值最小的模块基因取交集，利用韦恩图 进行可视化。得到的交集基因 和 通路富集分析，分为 个部分：生物过程（）、细胞组成（）和分子功能（）。在 队列中建立预后模型首先利用单因素 分析确定交集基因中与 生存相关的基因。利用 包 进行 回归分析建立风险模型，每个患者的风险值运用以下公式计算：表示模型中基因的回归系数，表示基因的表达量。以中位风险值为标准将患者分为高低风险两组。基因预后模型的验证使用 （）生存分析比较高低风险两组患者的生存率，绘制操作者工作特征（）曲线，利用曲线下面积（）验证模型的预测能力。随后，利用单因素及多因素 回归分析验证风险评分和临床变量（性别、年龄、肿瘤分级、分期及 分期）的预后独立性，利用 包 建立列线图预测患者生存率。在高低风险组中使用 软件（版本）进行基因集富集分析。在 （，：）数据库中验证模型中的基因表达水平。统计学方法使用 软件（，：）及 软件（版本）进行所有的数据分析。实用口腔医学杂志（），（）结果 在 及 中筛选出交集基因以 和 为阈值在 和 队列中分别筛选出 和 个差异基因（图 ）。应用 筛选特异模块，在 和 队列中选取软阈值 和 ，分别得到 和 个模块（图 ）；选取最有意义的模块，中的 及 的 模块，分别包括 及 个基因，与差异基因取交集，得到 个交集基因（图 ）。富集分析显示 个基因在脂肪酸代谢途径、药物代谢过程、环氧合酶 途径等生物过程中富集（图 ），显示基因在细胞色素 代谢、化学致癌、花生四烯酸代谢等通路富集（图 ）。在 中建立预后模型图 基因差异分析及共表达网络分析 图 交集基因及富集分析 利用单因素回归分析确定 个交集基因中有 个基因（，）与 的生存有关（图 ）；其中相关性分析（图 ）显示 与 及 显著正相关（）。热图可视化 个基因在 正常及肿瘤样本中的表达量（图 ）。通过 回归建立 基因的预后模型（图 ），利用基因回归系数及表达量计算风险值：（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）实用口腔医学杂志（），（）（）基于中位风险值，例患者被分为高低风险两组。图 显示风险值和生存状态的分布及预后基因随风险值的表达量。绘制热图评估高低风险组中预后基因表达量与临床变量的相关性（图 ），分期（），临床分期（）及 分期（）在高低风险两组中有显著差异。图 预后相关基因分析图 构建 回归风险模型 图 临床变量与预后基因相关性的热图 验证模型的有效性 生存分析显示高风险组患者预后不良（，图 ）。同时绘制 曲线，、年的 分别为 、（图 ），提示模型具有一定的预测效果。进行单因素及多因素 回归分析评估风险比（），可信区间（）及 值，单因素回归分析显示风险评分、临床分期、年龄和 分期与患者生存有关（图 ）；多因素分析结果显示风险评分（，：，），年龄（，：，）及 分期（，：，）具有独立预后性（图 ）。随后，选择上述 个具有显著意义的预测因子进行列线图的绘制（图 ），通过绘制分值的轴向垂线计算总分值，可以预测患者的 、年的生存率。进行 富集分析评估预后模型相关的通路和功能。图 列出了前 个最有显著意义的通路，蛋白酶体、核糖体、嘌呤代谢、聚合酶嘧啶代谢、戊糖磷酸途径和谷胱甘肽代谢途径富集在高风险组中，细胞、细胞受体信号通路、乙醚脂质代谢、醛固酮调节钠重吸收、原发性免疫缺陷、信号通路以及 信号通路富集在低风险组。最后，使用 数据库评估基于免疫组化染色的预后基因表达水平（图 ）。结果显示大多数预后基因在正常组织中的表达量高于肿瘤组织，与 的表达水平一致。实用口腔医学杂志（），（）图 预后模型的验证与列线图的构建 图 富集分析及 数据库验证 实用口腔医学杂志（），（）讨论目前，高通量技术已广泛应用于 基因组、转录组和蛋白组水平的研究，但如今仍然缺少较为理想且稳定的生物标志物。因此，通过从公共数据库挖掘并整合高通量数据进而建立有效的预后标志物是有必要的。本研究通过利用 包 和 分析 和 的芯片数据并得到 个交集基因，在 队列中进行单因素分析筛选出 个基因与 生存相关。随后利用 回归分析建立 个基因的预后模型，单因素及多因素 分析证明风险评分是独立的预后因子，最后建立了一个列线图以辅助临床实践。本研究中的基因预后模型包括 个基因：、和 。是一种 的效应蛋白，可以通过调控角质形成细胞调节表皮内稳态 ，在结直肠癌中发现其与 融合 。是超长链脂肪酸延伸酶，主要参与饱和与不饱和脂肪酸的延伸；其高表达与肝细胞癌的良好预后有关 。是一种酰基辅酶 氧化酶，参与支链脂肪酸的代谢，被认为是宫颈癌的潜在生物标志物 。调节脂质和能量代谢，其过表达可促进乳腺癌进展 。是一种含有 结构域的蛋白质家族成员，等 曾研究报道 与 的 总 体 生 存 相 关。是 蛋白超家族成员 ，被认为可促进卵巢癌细胞的侵袭和迁移 。是一种肿瘤抑制因子，抑制肿瘤细胞增殖、迁移及上皮间质转化 ；另一方面受 的负调控，促进 的肿瘤侵袭 。是谷胱甘肽 转移酶（）基因家族成员 ，在 照射下发生甲基化并促进皮肤癌的进展 。乙醇脱氢酶（）家族成员 与非小细胞肺癌预后显著相关 。因此，本研究预后模型中的基因与多种癌症有关，以期为 的分子基础提供新的认识。富集分析显示许多生物途径影响着肿瘤的发展。抑制蛋白酶体可抑制 细胞的生长 。循环外泌体中的嘌呤代谢水平影响着 的进展 。由 和 组成的谷氨酰胺代谢相关基因可作为 靶向治疗的生物标志物 。抑制 通路抑制癌细胞增殖，可作为 有效的治疗手段 。因此，可进一步评估本研究中 富集的通路在 中的作用。综上所述，本研究中的风险模型可作为 的生物标志物，建立的列线图可指导临床医生的诊断及治疗。然而，本研究存在一定的局限性，需要临床试验评估风险模型的预后价值。参 考 文 献 ，：，（）：，（）：，（）：郭伟，孙沫逸，冉炜，等尼妥珠单克隆抗体注射液治疗口腔颌面 头颈部鳞癌专家共识 实用口腔医学杂志，（）：郑军，王小明，杜婵媛，等靶向抑制 提高头颈部鳞癌细胞放疗敏感性的初步研究 实用口腔医学杂志，（）：，：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，：实用口腔医学杂志（），（），：，：，：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，（）：，（）：，（），（）：，：，：，（）：，（），（）：，（）：，（）：（收稿：修回：）实用口腔医学杂志（），（）