案例:肿瘤领域转化研究——单基因生信分析结合免疫组化

2020-07-04 科研菌 科研菌

今天和大家分享的是一月份发表在Frontiers in Oncology

肿瘤领域转化研究非常多,转化研究具有一定的套路,下面用案例介绍。

今天和大家分享发表在Frontiers in Oncology (IF:4.848)杂志上的一篇文章,“Prognostic Heterogeneity of MRE11 Based on the Location of Primary Colorectal Cancer Is Caused by Activation of Different Immune Signals”,文章中作者对一个包含了207例患者的队列进行了RNA测序、免疫组化以及免疫细胞浸润评估,并结合TCGA数据库数据进行验证,进行生存分析;作者使用加权基因共表达网络分析了MRE11的表达与预后的关系,并利用Cytoscape中的ClueGO功能对鉴定模块的基因进行分析。

Prognostic Heterogeneity of MRE11 Based on the Location of Primary Colorectal Cancer Is Caused by Activation of Different Immune Signals
基于原发性结直肠癌位置的MRE11的预后异质性由不同免疫信号的激活引起

一、研究背景

MRE11在DNA损伤反应中对于维持基因组稳定性起着重要作用,并且正成为癌症包括结直肠癌(CRC)的预后标志物。然而,MRE11与不同部位的CRC预后及肿瘤浸润性炎症细胞(TIIC)的预后相关性仍不清楚。因此,作者希望通过自身队列联合公共数据库进行数据分析,探究MRE11的表达以及联合其他因素对于CRC的预后价值。

二、研究思路

文献<a href='https://www.medsci.cn/guideline/list.do?q=%E8%A7%A3%E8%AF%BB'>解读</a>:单基因生信分析结合免疫组化

三、结果解析

1、MRE11在CRC以及右结肠癌(RSCC)和左结直肠癌(LSCRC)中的表达

作者通过免疫组化评估了正常黏膜,原发肿瘤和淋巴结转移(LNM)切片中MRE11蛋白的表达(图1A)。此外,作者比较了MRE11蛋白表达依赖性。文献解读:单基因生信分析结合免疫组化

 

 

图1A:在不同组织中MRE11的表达(免疫组化)

 

 

文献解读:单基因生信分析结合免疫组化

 

 

图1B/C:MRE11在不同结肠组织中的表达

 

 

  • 相比于RSCC和相应正常黏膜中的表达,作者观察到LSCRC和相应正常黏膜中MRE11高表达的趋势,但是,差异没有统计学意义(图1C)。

  • 与正常组织相比,MRE11在原发性CRC和转移性淋巴结组织中高表达(图1B),在肿瘤和LNM中表达相似。

文献解读:单基因生信分析结合免疫组化

 

 

图1D:MRE11在正常黏膜与原发性结直肠癌组织间的表达差异 
图1E:MRE在不同位置来源的正常组织与结直肠癌组织的表达差异

 

 

根据目前 TCGA 数据库提供的队列2,分析了 MRE11的 mRNA 表达水平。(图1D/E)

  • 与正常组织相比,结直肠癌组织中的 mRNA 水平显著增高

  • LSCRC 及相应正常黏膜的 mRNA 水平较 RSCC 及相应正常黏膜的 mRNA 水平增高

2、MRE11在 RSCC 和 LSCRC 中的表达及其预后意义

为了探讨 MRE11的表达是否与结直肠癌患者生存率有关,作者对 MRE11在结直肠癌中的表达与队列1中生存时间之间的关系进行了分析。(图 S1)

文献解读:单基因生信分析结合免疫组化

 

 

图S1A/B:队列一/二中联合MRE11表达与生存时间分析

 

  • 可见MRE11在 队列一的分析中CRC 和 OS 中的表达存在相关性

在对CRC的发生位置进行联合分析后发现,MRE11在 LSCRC 中的高表达与较好的 OS 相关,而 MRE11在 RSCC 中的表达不显著(图2A)

文献解读:单基因生信分析结合免疫组化

 

 

图2A:队列1中RSCC和LSCRC关联MRE11分层的 Kaplan-Meier OS曲线

 

 

MRE11在 LSCRC 的预后意义也见于队列2(图2B) ,但在 CRC 和 RSCC (图 S1B 和图2B)中没有显示出统计学意义

文献解读:单基因生信分析结合免疫组化

 

 

图2B:队列2中RSCC和LSCRC关联MRE11分层的 Kaplan-Meier OS曲线

 

 

随后作者针对原发性LSCRC患者MRE11的表达与总生存率的关系进行了多因素分析

文献解读:单基因生信分析结合免疫组化

 

 

表1:原发性 LSCRC 患者 MRE11表达与总生存率的多因素分析结果

 

  • 图表显示在调整了肿瘤分期、分化程度和 TIICs 之后MRE11的表达仍然是一个具有很强的预后价值的指标。

3、MRE11表达联合其他指标进行预后价值分析

作者首先联合MRE11与TIICs对其在 RSCC 和 LSCRC 中的预后意义进行分析

文献解读:单基因生信分析结合免疫组化

 

 

图3A:MRE11在高 TIICs 或低 TIICs 的 RSCC和 LSCRC的表达。

 

 

  • 图3A所示,MRE11表达在 LSCRC 低 TIICs 组高于高 TIICs 组,而 RSCC 组无显著差异。

随后,作者对不同MRE11表达与TIICs情况的LSCRC患者分组进行了预后分析:

文献解读:单基因生信分析结合免疫组化

 

 

图3B:低TIICs组和高TIICs组LSCRC 患者的KM曲线 
(队列一中以MRE11的表达分层)

 

 

  • MRE11在低 TIICs 中的高表达与 LSCRC 患者较好的 OS 相关

  • 在高TIICs分组中也发现了类似的趋势

文献解读:单基因生信分析结合免疫组化

 

 

图3C:应用MRE11和TIICs结合 RSCC和LSCRC进行组群分层的KM曲线

 

 

  • 与 RSCC 患者相比,LSCRC 患者中 MRE11高表达和 TIICs 高表达的患者拥有最好的 OS

作者还对MRE11的表达与TIICs联合应用对LSCRC患者总生存率进行了多因素分析:

文献解读:单基因生信分析结合免疫组化

  • 在多因素分析中,MRE11在高 TIICs 中的高表达仍然是一个很强的较好预后意义的指标

在联合了MRE11与TICCs状态对CRC的预后意义进行了分析后,作者接着联合了MRE11与微卫星状态(Microsatellite Status)对 RSCC 和 LSCRC 中的预后意义进行了分析:

作者对队列1的MSS和MST患者的MRE11表达进行了分析:

文献解读:单基因生信分析结合免疫组化

 

 

图4A:MRE11在队列1中 MSS / MSI 组织中的表达 
图4B:MRE11在队列2中 MSS / MSI 组织中的表达

 

 

  • 有 MSS 的 RSCC 中 MRE11的表达高于 MSI

  • 在 LSCRC 没有观察到 MRE11表达和 MSI 状态之间的显著关联

  • 这样的结果在队列2中同样得到了验证

作者进一步分析了MRE11在不同微卫星状态的RSCC和LSCRC表达与OS的关系。

文献解读:单基因生信分析结合免疫组化

 

 

图4C:对队列1和2中MSS的RSCC患者根据MRE11分组后的KM曲线

 

文献解读:单基因生信分析结合免疫组化

 

 

图S2:队列1和2的MSI的RSCC患者根据MRE11分组后的KM曲线

 

 

  • 无论是 MSS 还是 MSI 患者,MRE11在蛋白和 mRNA 水平上的表达与RSCC患者的OS均无显著相关性

文献解读:单基因生信分析结合免疫组化

 

 

图4D:队列1和2的MSS的LSSCC患者根据MRE11分组后的KM曲线

 

 

  • 在MSS患者中,在蛋白质和 mRNA 水平上表达高 MRE11的患者比在 LSCRC 表达低 MRE11的患者有更好的 OS

作者在分期、分化程度和 TIICs 调整后的队列1和分期调整后的队列2,LSCRC 与 MSS 的 OS 分别观察到相似的结果

文献解读:单基因生信分析结合免疫组化

 

 

表3:多因素分析MRE11基因联合MSS在LSCRC群体总生存率中的意义

 

4、WGCNA鉴定 RSCC 和 LSCRC 中与 MRE11表达相关的不同网络

作者为了研究 LSCRC 参与的 MRE11蛋白的功能是否不同于 RSCC,采用了 WGCNA以鉴别表型相关的基因:

  • 利用基于队列2数据的 DEGs 构建共表达网络,并将临床特征纳入研究。

  • 检测了几个基因表达模块之间的关联,包括 MRE11在 RSCC 和 LSCRC 的表达,作为主要参数。

文献解读:单基因生信分析结合免疫组化

 

 

图5A/B:本征基因网络:模块之间的关系和 RSCC /LSCRC中 MRE11的表达。红/绿框表示 RSCC/LSCRC 中与MRE11表达密切相关的模块。

 

 

  • MRE11在 RSCC 和 LSCRC 中的表达具有不同的基因模块集

随后,作者研究了每个基因模块与临床病理特征的关系,包括MRE11表达、组织学类型、微卫星状态、淋巴浸润、静脉浸润和 TNM 分期。大多数影响基因表达的临床病理特征是相互独立的。

文献解读:单基因生信分析结合免疫组化

 

 

图5C: 模块特征基因与临床特征之间的皮尔逊相关系数热图

 

 

对于在RSCC 和 LSCRC 表达 MRE11有关的模块,作者注意到其中一些模块与一种表型相关,而另一些模块与 RSCC 和 LSCRC 的 MRE11表达相关(红色与绿色)

文献解读:单基因生信分析结合免疫组化

 

 

图S3:识别与RSCC和LSCRC中的MRE11表达式相关的模块

 

 

随后,作者进一步研究了与 MRE11表达式相关性最强的特定模块,对其进了了ClueGo分析:

文献解读:单基因生信分析结合免疫组化

 

 

图5D:红色模块的ClueGo分析

 

 

  • 红色模块与 RSCC 和 LSCRC 中的 MRE11强烈相关:

    • 这个模块中富集的基因主要涉及细胞周期过程、 DNA 修复、 DNA 代谢和有丝分裂细胞分裂

文献解读:单基因生信分析结合免疫组化

 

 

图5D:绿色模块的ClueGo分析

 

 

  • 绿色模块与 MRE11作为一个连续变量在 LSCRC和RSCC中的表达强烈相关。同时,在 LSCRC,绿色模块与 MRE11作为一个分类变量密切相关,在RSCC 中没有相关性:

    • 该模块涉及的基因主要与激活免疫反应,白细胞介素1反应,坏死细胞死亡,NIK/NF-kappa B 信号调节和蛋白激酶A信号调节有关

 

小结

        这篇文章通过自身的队列,结合TCGA数据库进行结肠癌中MRE11的预后价值分析,并结合TIICs等自身队列拥有的特征对 MRE11联合进行预后价值的分析,验证了其他研究中显示患者存活是 MRE11和 TIICs 依赖性的这一特点。

此外,作者使用了WGCNA对于MRE11的表达因CRC位置而显现出与预后价值关联的差异进行了进一步的分析,来探究MRE11在不同位置结肠癌中的功能,并在讨论中对于MRE11在RSCC和LSCRC中与预后的不同提供了关于免疫信号激活相关的可能解释。



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