文章? https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7870842/

綜合分析確定與胃癌進展和預后相關(guān)的氧化應(yīng)激基因

據(jù)報道，氧化應(yīng)激 (OS) 反應(yīng)與腫瘤發(fā)生和腫瘤進展有關(guān)。然而，關(guān)于 OS 在胃癌 (GC) 中的潛在診斷價值知之甚少。該研究確定了與 GC 預后和進展相關(guān)的中樞 OS 基因，并闡明了其潛在機制。轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)和相應(yīng)的 GC 臨床信息來自癌癥基因組圖譜 (TCGA) 數(shù)據(jù)庫。篩選腫瘤與鄰近正常組織之間異常表達的OS基因，通過一系列生物信息學分析鑒定出11個預后相關(guān)基因，并用于構(gòu)建預后模型。這些基因在基因表達綜合 (GEO) 數(shù)據(jù)庫中得到驗證。此外，隨后進行了加權(quán)基因共表達網(wǎng)絡(luò)分析 (WGCNA)，以確定最重要的中樞基因，用于預測 GC 進展。分析表明，在 TCGA 和 GEO 隊列中，構(gòu)建的良好預后模型比其他臨床病理特征具有更好的診斷準確性。該模型還與 GC 患者的總生存期顯著相關(guān)。同時，建立了基于風險評分的列線圖，對GC顯示出良好的判別能力。在 WGCNA 分析中，確定了 13 個與進展相關(guān)的中樞 OS 基因，它們也與 GC 的進展顯著相關(guān)。此外，還進行了功能和基因本體 (GO) 分析以揭示富含這些基因的潛在途徑。

胃癌 (GC) 是 2018 年之前癌癥死亡的第三大原因，在全球發(fā)病率排名第五，并且仍然是對人類健康的嚴重威脅1?,?2。GC 的發(fā)生和發(fā)展是一個復雜的多步驟過程，涉及各種遺傳和表觀遺傳風險因素3，其中幽門螺桿菌感染是最常見的4。由于缺乏特異性癥狀，大多數(shù) GC 患者在確診時已處于晚期，因此 5 年生存率顯著降低5.?目前，GC 患者的最佳治療方法是手術(shù)切除，盡管其總體 5 年生存率僅為 20-25%。此外，大約一半接受輔助治療的 GC 患者會出現(xiàn)全身或局部腫瘤復發(fā)6。遺憾的是，目前胃癌的診斷和治療不能滿足早期診斷和更長生存期的需要。因此，迫切需要探索提供更高預測價值的新型生物標志物，以改善 GC 的預后。

目前，導致 GC 致癌的明確機制仍然知之甚少。然而，可以提出，氧化應(yīng)激是通過過量產(chǎn)生活性氧物質(zhì)（ROS）的驅(qū)動腫瘤發(fā)生和癌癥進展的一個重要因素7?-?9。作為 OS 的一個特征，ROS 包括自由基或活性非自由基物種，包括單線態(tài)氧、過氧化氫 (H2O2) 和超氧陰離子10。此外，ROS 在 GC?11患者中顯著升高。在沒有清除潛力的情況下，ROS 會導致基因毒性并誘導 DNA 損傷12?,?13.?此外，累積的 DNA 損傷最終會誘導各種基因組突變并啟動腫瘤發(fā)生14?,?15。作為 GC 公認的危險因素，越來越多的證據(jù)表明，由于 OS 增加，幽門螺桿菌感染與胃腺癌之間存在正相關(guān)關(guān)系16。幽門螺桿菌感染通過激活各種產(chǎn)生氧化劑的酶產(chǎn)生 ROS，包括誘導型一氧化氮合酶和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 (NADPH) 氧化酶17，然后激活多種途徑，如 Wnt、mTOR 和 Ras，以啟動 GC?18?–?20.?這些研究闡明了 OS 與 GC 的進展密切相關(guān)。然而，這些 OS 基因在 GC 預后預測中的預后價值在很大程度上尚不清楚，其潛在機制需要進一步驗證。

GC的診斷方法主要依靠影像學檢查、分子診斷和組織病理學檢查。只有一小部分 OS 相關(guān)基因得到了深入研究，并且已知它們在 GC 進展中起關(guān)鍵作用。最近，大規(guī)模腫瘤基因組圖譜提供了基因表達數(shù)據(jù)，這為識別潛在的分子標記提供了極好的機會21?,?22.?本研究中 OS 基因的生物信息學分析也可能有助于發(fā)現(xiàn)新的 GC 診斷或預后標志物，以篩選創(chuàng)新的治療目標。在本文中，從癌癥基因組圖譜（TCGA）和基因表達綜合（GEO）數(shù)據(jù)庫下載GC RNA測序數(shù)據(jù)和相應(yīng)的臨床信息，并選擇幾個帶有預后注釋的OS基因構(gòu)建風險模型。此外，使用加權(quán)基因共表達網(wǎng)絡(luò)分析 (WGCNA) 方法檢查 OS 基因的表達與 GC 進展之間的關(guān)系，該方法是一種生物信息學方法，可描述不同樣本之間基因組和臨床特征的相關(guān)性23，24.?還進行了基因本體論 (GO) 和京都基因和基因組百科全書 (KEGG) 通路富集分析，以探討 GC 中 OS 基因的潛在機制。最終，確定了一組參與 GC 預后和進展的 OS 基因，其中一些基因可能在未來被開發(fā)為潛在的預后和診斷生物標志物。

結(jié)果：

作為世界范圍的惡性腫瘤，據(jù)報道 GC 在消化系統(tǒng)中具有異質(zhì)性39.?盡管近年來開發(fā)了許多新的診斷技術(shù)和手術(shù)技能，但它們并不總是足夠的。因此，鑒定GC預后相關(guān)分子并確定腫瘤進展機制勢在必行。在本研究中，基于 TCGA 數(shù)據(jù)庫鑒定了 279 個 DEOSG，并系統(tǒng)地鑒定了這些基因的相關(guān)生物學通路和 PPI 網(wǎng)絡(luò)。通路富集分析顯示，DEGs 與多種類型腫瘤的進展顯著相關(guān)，如黑色素瘤、神經(jīng)膠質(zhì)瘤以及膀胱癌、前列腺癌和胰腺癌。此外，這些 DEOSG 在多種生物過程中顯著富集，包括炎癥反應(yīng)、活性氧代謝過程和對氧化應(yīng)激的反應(yīng)。40?–?42。因此，這些 DEGs 與 GC 進展顯著相關(guān)，并且對于這些 DEOGs 機制的綜合評估至關(guān)重要。

此外，預后相關(guān)DEOSGs通過單變量Cox和LASSO回歸分析，和總共11個DEOSGs篩選：SERPINE1，CTLA4，HBB，F(xiàn)5，AGT，KIT，GPX3，GAD1，CYP19A1，BBC3，和NOX4鑒定用GC 患者預后良好。使用 TCGA 表達數(shù)據(jù)和 HPA 數(shù)據(jù)庫，這 11 個 DEOSG 在 mRNA 和蛋白質(zhì)水平上的表達模式顯示SERPINE1、CTLA4、F5、AGT、GAD1、CYP19A1、BBC3和NOX4過表達，而HBB、KIT和GPX3在GC 組織。這些發(fā)現(xiàn)與之前的研究結(jié)果基本一致，表明SERPINE1和CTLA4的表達在胃腺癌中升高，并且作為腫瘤致癌基因，SERPINE1的過表達與 GC 侵襲性和較差的總生存率顯著相關(guān)43?,?44。此外，GAD1在肺腺癌中過度表達并在腫瘤進展中發(fā)揮著重要作用45；然而，它在 GC 結(jié)果中的作用尚不清楚。

為了進一步確定這些特定的 DEOSG 是否可以用作預后因素，基于這 11 個中樞基因構(gòu)建了一個新的預后預測模型。據(jù)我們所知，這是第一個用于預測的 OS 相關(guān)風險模型。單變量和多變量 Cox 回歸分析表明，風險模型是一個獨立的預后因素，對 GC 具有穩(wěn)健的預后價值。此外，生存分析和 ROC 分析也證實了其預測 GC 預后的生物學意義的主要優(yōu)勢。在列線圖分析中也觀察到了類似的場景，即風險特征在預測 GC 患者的總生存率方面發(fā)揮了虛擬作用，其檢查效率遠優(yōu)于其他臨床病理特征。這些探索，第一次，

在很大程度上，OS起癌變和癌癥進展的各個階段中的關(guān)鍵作用46，47。近年來，許多 GC 研究已經(jīng)確定 OS 可能與由于 DNA 損傷導致的進展密切相關(guān)48。然而，在我們之前的研究中，使用與中心預后相關(guān)的 DEOSG 開發(fā)的風險模型僅與 GC 患者的 TNM 分期相關(guān)，而與腫瘤分級沒有顯著相關(guān)性。因此，在后續(xù)研究中，我們定義了與腫瘤進展密切相關(guān)的 DEOSG。WGCNA 是一種廣泛使用的方法，用于識別感興趣的潛在生物標志物49?,?50。在本研究中，13 個真正的樞紐基因（FCGR3A、CCR5、IL2RA、CD86、CYBB、CD4、PRKN、ITPR1、KCNMA1、AOC3、FGF2、ANK2和MAPK10）與GC進展密切相關(guān)，一系列生物信息學分析表明這些基因均與GC 等級，可能是預測腫瘤分期的潛在生物標志物。此外，考慮到腫瘤進展在 GC 患者總生存中的關(guān)鍵作用，評估了這些樞紐基因的預后價值；MAPK10與患者的總生存期顯著相關(guān)。與之前的研究相比，關(guān)注MAPK10預后價值的 Gu's 和 Ying's 小組也證實了我們的結(jié)論，即MAPK10在 GC 細胞系中經(jīng)常下調(diào)51并預測腫瘤進展和預后52。功能和通路富集分析表明，這些基因主要富集在與惡性腫瘤進展相關(guān)的方面，包括鈣離子轉(zhuǎn)運到細胞質(zhì)中53、輔助受體活性54和卡波西肉瘤相關(guān)皰疹病毒感染55，這可能為探索提供一個視角。預后相關(guān)的 DEEOSGs 在 GC 中的作用。

盡管如此，這項研究仍有局限性。首先，本研究設(shè)計為回顧性分析；因此，應(yīng)該進行更多的前瞻性研究來驗證這些結(jié)果。其次，結(jié)果缺乏體外或體內(nèi)探索來證實機理分析的可靠性。因此，未來將進行大量實驗來證明這些基因與 GC 進展之間的機制聯(lián)系。

總之，經(jīng)過一系列生物信息學分析和驗證，鑒定出11個預后相關(guān)的DEEOSGs和13個進展相關(guān)的DEEOSGs，它們與GC患者的總生存期或腫瘤分級有關(guān)。還構(gòu)建了具有強大預測效果的預后模型。據(jù)我們所知，這是第一份構(gòu)建 OS 相關(guān)惡性腫瘤預后模型的報告。該研究為研究GC患者的發(fā)病機制和進展提供了新的研究目標。