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基质相关的lncRNA panel可预测早期结肠癌患者的复发并辅助化疗获益

今天解读的这篇文章是2019年12月发表在Journal of Cellular and Molecular Medicine(影响因子4.658)上的,题目为A stroma-related lncRNA panel for predicting recurrence and adjuvant chemotherapy benefit in patients with early-stage colon cancer.

概述

具有相似临床特征的结肠癌患者在预后和化疗反应中具有异质性,探究新的生物标记物具有重要意义,这些新生物标记物有助于改善生存预测,更加合理精确地调整治疗方法。在本研究中,作者基于52个lncRNA建立了基质相关lncRNA标记(SLS),以全面预测临床结果。SLS模型不仅可以通过单因素分析来区分具有不同复发和死亡风险的患者,而且还可以作为PFS和OS的独立预后因素。与常规使用的TNM分期相比,SLS模型具有更高的预测准确性。此外,SLS模型还可以有效筛查对化疗有反应的患者,因为只有低SLS组的患者才能从辅助化疗中受益。细胞浸润和竞争性内源RNA(ceRNA)网络功能分析进一步证实了SLS模型与基质激活相关的生物学过程之间的关联。此外,这项研究还确定了三种在表型上不同的结肠癌亚型,这些亚型在临床结局和化疗益处方面各不相同。总之,SLS模型可能是结肠癌生存率和化疗决策的重要决定因素,并且可能具有很强的临床转化价值。

本文流程图

基质相关的lncRNA panel可预测早期结肠癌患者的复发并辅助化疗获益

结果概述

1. 可靠的预后基质相关lncRNA的识别

这项研究的患者队列包括988位患者。Pearson的相关性测试共鉴定出2654个与基质激活水平显著相关的lncRNA。其中,通过Cox单因素回归分析,有372个lncRNA与RFS显著相关。然后作者使用了1000次bootstrapping测试了372个基因的预测稳健性。最后,识别出82个lncRNA,其表达水平与预后稳定且显著相关,并将其定义为与基质相关的强预后相关的lncRNA。

2. 基质相关lncRNA标记(SLS)的产生和验证

将988个结肠癌样本随机分组为训练(n = 692)和验证队列(n = 296),两组患者特征比较无显著差异。通过LASSO分析,筛选出52个lncRNA作为预测因子以生成SLS模型,其生存影响如下图A所示。根据针对整个队列获得的SLS模型的最佳临界值,将患者分为两组。在训练和验证组中,高SLS组患者的RFS时间明显缩短(下图B-C),SLS模型预测复发的能力明显高于TNM分期。SLS风险评分与RFS的关联性也在多变量Cox回归模型中作为连续变量进行了测试。发现在两个患者队列中,SLS模型是RFS的明显独立危险因素。对678例有OS信息记录的患者进行分析也发现了相似的结果(下图D)。此外,我们还进行了亚组分析,以进一步验证SLS模型的预后作用。森林图表明,无论是指RFS(下图E)还是OS(下图F),较高的SLS得分与除I期患者以外的所有亚组的预后均较差有关。
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3. SLS和辅助化疗的治疗益处

几项研究报道,EMT,TGFβ信号传导,血管生成释放和缺氧都是影响化疗功效的重要生物学过程。通过分析GSE39582数据集,我们发现基质活性高的患者不能从辅助化疗(ADJC)中受益(如下图A所示)。由于SLS模型由与基质激活水平相关的lncRNA组成,因此作者想知道SLS模型是否也有助于寻找可能从化疗中受益的患者。不出所料,ADJC只能显著降低低SLS组患者的死亡风险,而不能给高SLS组患者带来生存益处(如下图B所示)。此外,尽管II期患者的P值未达到统计学意义,但对于II期和III期亚组中SLS值低的患者,ADJC的生存益处更为明显(如下图C)。然后,作者在GSE39582数据集中进行了多元分析,并分别获得了RFS和OS的独立预后因素,以构建列线图(如下图DE所示)。校准图显示,与理想模型的性能相比,两个列线图均表现良好(如下图F所示)。决策曲线分析表明,列线图的临床实用性大大超过了TNM分期(如下图G所示):
基质相关的lncRNA panel可预测早期结肠癌患者的复发并辅助化疗获益

4. SLS特征,肿瘤微环境,临床参数与生物学过程之间的关系

评估了SLS特征与肿瘤微环境(TME)景观之间的相关性。使用无监督聚类,作者确定了四个不同的TME浸润细胞簇(如下图A),每个细胞的存活率影响如下图B所示。
基质相关的lncRNA panel可预测早期结肠癌患者的复发并辅助化疗获益
热图所示,其浸润水平与SLS得分呈显著正相关的细胞主要落入D类细胞簇,其特征是多个基质细胞,巨噬细胞,嗜中性粒细胞,嗜酸性粒细胞和一些 T细胞亚型(成纤维细胞和内皮细胞的相关性最高)。这些细胞的浸润水平升高表明预后不良。相反,与SLS显著负相关的细胞主要包括活化的树突状细胞(aDC),CD56dim自然杀伤(NK)细胞,Th17细胞和Th2细胞,它们是保护性预后因子。探索SLS的临床指标表明,男性,晚期,复发或死亡,熟练的失配修复状态和染色体不稳定性阳性患者特征均显著提高了SLS分数(下图C所示)。就分子亚型而言,分子亚型C4和CMS4的患者表现出比其他患者更高的SLS模型值。此外,与ADJC分析的结果一致,我们还发现与FOLFIRI敏感组相比,被分类为FOLFIRI不敏感组的患者的SLS评分显著更高(如下图D所示)。最后,作者建立了ceRNA(lncRNA-miRNA-mRNA)网络(下图3E),以进一步确定SLS模型中涉及的lncRNA的功能。ceRNA网络中PCG的GO功能分析还显示了多个基质激活相关term的丰富(下图3F),包括细胞对各种细胞外基质成分的粘附,血管生成和缺氧。
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5. 通过汇总lncRNA和mRNA数据评估新型结肠癌亚型

在先前的研究中,作者识别了100个强大的预后性TME基因,并发现由这些基因组成的penal不仅可以精确地预测结肠癌患者的复发和死亡风险,而且还可以区分可能受益于ADJC的患者。但是,人们普遍认为,汇总多种类型的基因组数据可以帮助反映肿瘤遗传特征的复杂性。因此,我们试图根据本研究中鉴定的52种与基质相关的lncRNA和100种TME基因构建一种新型分子亚型。作者选择了三个簇作为最佳聚类数,然后使用“ CancerSubtypes” R包基于SNF-CC方法将样本分为三个不同的亚型(如下图A所示)。生存分析显示这三种亚型之间存在显著的生存差异:亚型3的复发和死亡风险最高,而亚型2的预后最好(如下图B所示)。化疗效果分析(下图C)显示,只有亚型2的患者才能明显受益于ADJC,而亚型1和亚型3的患者则不能。特别是对于3型亚型患者,ADJC是预后不良的危险因素。然后,我们分别比较了不同患者亚型之间的FOLFIRI反应率(下图D)和基质得分(通过ESTIMATE算法计算,下图E)。结果表明,无反应率和基质得分在亚型3患者中也最高,而在亚型2患者中最低。关于细胞浸润,下图F和下图G均显示细胞簇D(包括多个基质细胞)在三种亚型之间表现出显著的浸润差异。最后,作者评估了当前分类与其他已建立的结肠癌分子亚型(CMS亚型和C亚型)之间的关系(如下图H)。如下图H所示,亚型3的患者主要属于CMS4亚型,主要代表间充质表型,而亚型2的患者主要属于CMS2,主要表现出上皮表型特征。类似地,亚型2的样本除了C4和C6(均具有EMT途径上调的特征)以外,还分布在C亚型中,而亚型3的样品主要分布在C4中。
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6. SLS在胃癌中的作用

作者还分析了SLS模型在GSE62254数据库中的作用,以验证它是否还与胃癌患者的复发和ADJC治疗效果相关。由于不同肿瘤类型之间可能存在异质性,因此重新计算了每个lncRNA的临界值。如下图A、B所示,该数据集证实了SLS模型在预测I-III期胃癌患者的生存率和调整治疗方案方面的能力。最后,作者比较了不同亚洲癌症研究小组亚型的胃癌患者的SLS评分。结果表明,“ EMT”和“ MSS / TP53-”子类型的SLS得分明显高于“ MSI”和“ MSS / TP53 +”子类型的SLS得分(如下图C所示)。以下散点图也证实了胃癌患者中SLS评分与基质激活水平显著正相关(下图D)。
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本文思路清晰,分析细致,有很多值得学习的地方。

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