基于免疫评分和基质评分筛选与结肠腺癌预后相关的基因

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目的:结直肠癌(colorectal cancer,CRC)是发病率增长最快的恶性肿瘤之一,死亡率居全球第三位,结肠腺癌(Colon adenocarcinoma,COAD)属于CRC中多种病理类型的一种。结直肠癌的早期诊断和治疗,有了一定的改善,但仍有50%的患者死于疾病的复发或远处转移。本研究通过生物信息学研究与分析,筛选与COAD患者预后相关的肿瘤微环境(Tumor Microenvironment,TME)相关基因,使COAD患者的预后评价具有更多的参考依据。研究方法:从癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas,TCGA)中下载COAD患者基因表达数据和临床相关资料,通过ESTIMATE算法应用于下载的基因表达数据来计算基质和免疫评分,根据免疫/基质评分的中位数将COAD患者分为高分组和低分组。对具有免疫评分和基质评分的样本进行差异表达分析(FDR<0.05,|log2FC|>1),鉴定了具有免疫评分和基质评分的共有的差异表达基因。通过使用“cluster Profiler”R包对共有差异基因进行功能和通路富集分析,分析表明差异基因与TME密切相关。对差异基因的潜在预后价值进一步探究,将COAD患者的差异基因和总体生存期(Overall Survival,OS)建立Cox回归模型进行生存分析。使用“Survival”R包进行Kaplan–Meier生存分析,使用“survival ROC”R包进行了随时间变化的接收器操作特征(Receiver Operating Characteristic,ROC)曲线,以评估该预后风险评分模型的预测准确性。除此之外,还探索差异基因和免疫浸润细胞的相关性,我们使用TIMER(Tumor Immune Estimation Resource)网站(肿瘤浸润免疫细胞组分分析软件),以计算基因与免疫细胞浸润的表达之间的相关性系数,提取相关系数和p值使用“corrplot”R包绘制相关热图。结果:1、TCGA数据库中共有445个案例可供进一步分析。根据ESTIMATE算法,基质评分范围为-2174.75至5,128.50,免疫评分范围为-831.00至6,078.48。2、基于中位免疫/基质评分作为分组标准,进行了差异表达分析(FDR<0.05,|log2FC|>1),鉴定了具有免疫评分和基质评分的1461个共有的差异基因。在免疫评分的差异表达基因中,鉴定了1719个上调基因和148个下调基因。在基质评分的差异表达基因,鉴定了2281个上调基因和75个下调基因。3、通过使用“cluster Profiler”R包对有免疫评分和基质评分的1461个共有差异基因进行功能和通路富集分析,分析表明差异基因与TME密切相关。4、我们从TCGA数据库中对COAD患者的1461个差异基因进行了单因素Cox回归模型分析,分析显示33个差异基因与患者的OS显著相关,后进行了多因素Cox分析,总共显示7个差异基因与OS显著相关,风险评分=0.147×ExpLEP-0.315×Exp CD1B+0.232×Exp IRX4+0.174×Exp NR5A1+0.157×Exp CT45A1+0.173×Exp SNCB+0.079×Exp HOXC85、根据风险评分的中位数0.874,把COAD患者分成高、低风险组。使用“Survival”R包进行Kaplan–Meier生存分析,KM分析显示,高风险组的OS显著低于低风险组(P<0.05),高风险组和低风险组的5年生存率分别为44.3%和80.2%(P=0.000)。通过计算ROC曲线下的面积(Area Under Curve,AUC)评估了该模型的预测能力,预测5年生存期的AUC值为0.733,表明该模型具有良好的预测效果。进一步验证得到的7个基因联合风险模型,按照3:1的比例,将COAD患者随机分成训练集和验证集进行验证分析,两个数据集的AUC值(训练集:0.727,验证集:0.782)都表明我们的风险评估模型可以作为预测COAD预后的有效标志模型。6、免疫细胞浸润通常与差异基因表达相关,IRX4、NR5A1和CT45A1与免疫细胞浸润的关联非常有限;而CD1B与除CD8+T细胞、B细胞以外的所有免疫细胞都具有很强的相关性;LEP与巨噬细胞、中性粒细胞、树突状细胞相关性略高;SNCB与中性粒细胞、树突状细胞相关性略高;HOXC8与CD8+T细胞、中性粒细胞、树突状细胞相关性略高。结论:本研究基于免疫评分和基质评分确立了LEP,CD1B,IRX4,NR5A1,CT45A1,SNCB,HOXC8 7个基因联合标志物,可用于COAD患者的预后评价。
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