基于生物信息学分析焦亡基因对急性髓系白血病预后和肿瘤免疫微环境的影响

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目的:急性髓系白血病(Acute Myeloid Leukemia,AML)是一种成人中常见的致命的血液系统恶性肿瘤,5年生存率极低。焦亡作为一种新型的细胞程序性死亡的炎症形式,是一种很有前景的癌症治疗靶点。然而,人们对焦亡相关基因(Pyroptosis-related genes,PRGs)与AML预后之间的关系所知甚少。基于此,我们系统的探索了AML中多种焦亡相关基因的具体功能与临床预后价值。方法:基于癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas,TCGA)数据库和基因组织表达(Genotype-Tissue Expression,GTEx)数据库,我们评估了42个PRGs在AML中表达、体细胞突变(Somatic mutation)和拷贝数变异(Copy number variation,CNV)等遗传学变化。随后,探索了它们之间的相互作用与临床预后价值。随后基于单因素Cox回归分析结果,筛选出具有显著预后价值的差异表达基因,并通过LASSO Cox回归分析,构建焦亡基因标记的风险评分预后模型。通过生存分析、ROC、单变量和多变量Cox回归分析以及亚组分析探索了其对生存的预测效果,并在Beat AML队列中进行了验证。此外,我们通过KEGG与GO富集分析焦亡基因标记参与的潜在生物学功能和途径,基于ESTIMATE、CIBERSORT以及ss GSEA算法来评估高低风险组之间肿瘤免疫微环境(Tumor immune microenvironment,TIME)中免疫细胞和免疫标识的浸润差异,以及HLA与免疫检查点相关基因的表达差异,并分析了风险评分与癌症干细胞(Cancer stem cell,CSC)、肿瘤突变负担(Tumor mutation burden,TMB)和治疗药物敏感性之间的关系。结果:本研究发现AML中表达异常的PRGs之间可以观察到CNV与基因转录组表达水平密切的相互作用。随后,我们构建了6个PRGs标记的风险评分预后模型,包括CASP3、ELANE、GSDMA、NOD1、PYCARD和VDR。同时基于中位风险评分,我们将人群分为高、低风险两组,结果发现高风险患者往往临床上表现出更差的预后,并且我们也验证了风险评分能够作为独立和敏感的预后预测因素。此外,本研究构建了一个包括细胞遗传风险、年龄和风险评分的诺莫图,以准确预测1、3和5年的临床生存概率。功能富集的结果表明焦亡基因标记与癌症的发展有明显的相关性,对免疫微环境具有重要影响。研究结果进一步发现高风险的AML患者表现出更高程度的免疫浸润,在HLA与部分免疫检查点相关性基因上同样有高水平的表达。相关性分析结果表明,CSC、TMB与风险评分呈负相关,并且高TMB和低风险的患者有更好的预后。药物敏感性结果表明低风险的患者在使用药物(全反式维甲酸、阿糖胞苷、米哚妥林、多柔比星和依托泊苷)治疗时表现出更低的IC50值。结论:本研究结果将有助于进一步了解PRGs在AML预后和发展中的作用,并为其精确预防和治疗提供新颖可靠的生物标志物。
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