生物信息学方法在鼻咽癌生物标志物识别及头颈部鳞状细胞癌风险预测模型中的应用

来源 :安徽医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fangzhang004
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目的鼻咽癌(nasopharyngeal carcinoma,NPC)缺乏早期诊断的生物标志物,许多鼻咽癌患者在被诊断时已经处于鼻咽癌的晚期。因此,有必要为鼻咽癌识别候选生物标志物,从而找到有效的诊断指标并制定更好的治疗策略。方法在GEO(Gene Expression Omnibus)基因表达综合数据库中,下载了关于鼻咽癌的3个微阵列数据集GSE12452,GSE53819和GSE64634,并使用R 3.6.0软件识别出了差异表达基因(Differentially Expressed Genes,DEGs)。在此基础上,对这些差异表达基因进行GO(Gene Ontology)分析、KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)富集分析、差异基因火山图和热图的绘制。通过STRING在线网站构建差异基因的蛋白互作(Protein-Protein Interaction,PPI)网络,并使用Cytoscape 3.7.1软件进行后续网络模块的分析及确定枢纽基因(hub gene)。此外,对筛选出来的枢纽基因绘制受试者工作特征曲线(the Receiver Operating Characteristic curve,ROC),根据ROC曲线下面积的大小(Area under the curve,AUC)来判断其诊断价值。结果纳入的3个微阵列数据集(GSE12452,GSE53819和GSE64634)包含61例鼻咽癌样本及32例健康对照样本。在这3个微阵列数据集中识别出了836个差异表达基因,其中包括349个上调基因和487个下调基因。用STRING在线网站结合Cytoscape3.7.1软件中的MCODE工具识别出了4个重要的基因模块。根据Cytoscape 3.7.1软件中的cytohubba工具在这4个基因模块中,鉴别出六个枢纽基因(CDK1,CCNB1,CCNB2,CCNA2,BUB1B和KIF11)。ROC曲线显示这六个基因作为联合诊断指标的AUC值是0.958,95%CI:0.926-0.973,灵敏度值为0.951,特异度值为0.813,表明这6个基因具有良好的诊断价值。结论基于生物信息学分析,我们鉴别出6个枢纽基因(CDK1,CCNB1,CCNB2,CCNA2,BUB1B和KIF11),其可作为鼻咽癌诊断的潜在生物标志物。但是还需要进一步的研究来证实该6个基因在NPC发生发展中的作用及其与NPC临床指标间的关系。目的我们旨在使用人类癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas,TCGA)数据库构建一个预测头颈部鳞状细胞癌(head and neck squamous cell carcinoma,HNSCC)预后的多基因预测模型,并分析多基因预测模型与HNSCC临床病理特征之间的关系。方法TCGA数据库里含有502名HNSCC患者的转录组数据。我们将502例患者按照固定的比例随机分为训练集(70%,N=352)和测试集(30%,N=150)。通过R 3.6.0软件在HNSCC组织样本和癌旁正常组织样本中识别出差异表达基因(DEGs)。通过单因素Cox回归筛选出与患者预后相关的DEGs,并根据Lasso回归及多元Cox回归构建多基因预测模型。每位HNSCC患者是根据已构建的预测模型计算其预后风险得分,训练集中352例HNSCC患者的中位风险得分作为临界值,高于此临界值的HNSCC患者被分为高风险组,低于临界值的则分为低风险组,用R 3.6.0软件分别绘制训练集的生存曲线及ROC曲线,并在测试集中予以验证。然后将这502例HNSCC患者的临床信息(主要是年龄、性别、饮酒史、吸烟史、肿瘤分期、HPV状态、放射治疗、总生存-OS及无复发生存-RFS)结合风险得分做单因素和多因素COX回归分析,探讨其预后的影响因素。最后根据卡方检验和Kaplan-Meier(KM)方法分别探索多基因预测模型风险得分与HNSCC患者临床病理特征的关系及评价多基因预测模型在各亚组HNSCC患者预后中的预测效果。结果经过差异表达分析之后识别出1842个DEGs,通过单因素COX回归和Lasso回归最终选择了18个DEGs以构建多基因预测模型。在训练集和测试集中,生存曲线均有统计学意义(P<0.05),在训练集中ROC曲线中的AUC值为0.816,在测试集中AUC值为0.724。单因素和多因素Cox回归分析均显示HNSCC患者预后的影响因素包含预测模型风险得分、病理分期和放射治疗。卡方检验显示预测模型风险得分与HNSCC患者的年龄、病理分期及HPV状态相关。此外,在各亚组中预后风险得分为低风险组患者的总生存率、无复发生存率整体高于高风险组(P<0.05)。这进一步提示多基因预测模型预测能力较好。结论基于生物信息学分析,我们的研究有望为HNSCC提供新的见解。在临床特征和治疗基础上,本研究构建的十八个基因的预测模型可能有利于指导HNSCC患者的临床个体化治疗和促进预后。
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