PCD相关lncRNA预后如何发二区8+

PCD相关lncRNA预后如何发二区8+ by 生信人

大家好呀~今天要给大家分享的是2022 年 5 月发表于《Frontiers in Immunology》（IF：8.786）上的一篇文献。话不多说，一起来看看吧~

与免疫浸润和结肠癌治疗反应相关的预后程序性细胞死亡相关lncRNA 的特征

背景介绍

程序性细胞死亡 (PCD) 是多种生理环境中必不可少的生物过程，包括胚胎发育、组织稳态的维持和宿主对病原体的免疫防御。细胞凋亡是PCD的传统模式，主要由线粒体介导的内在途径和涉及死亡受体的外在途径组成。细胞焦亡(pyroptosis)是由炎性小体引发的一种细胞程序性死亡，表现为细胞不断胀大直至细胞膜破裂，导致细胞内容物释放进而引起强烈的炎症反应。细胞焦亡是自然免疫反应的重要组成部分，在对抗感染和恶性肿瘤中发挥重要作用。铁死亡是一种铁依赖的细胞死亡，其特征是细胞内活性氧的积累。这一过程依赖于肿瘤微环境中损伤相关分子模式的释放和由铁死亡细胞损伤引发的免疫反应。调控铁死亡可以抑制多种癌症的细胞迁移、侵袭和增殖。

研究路线

简要概括版

筛选具有预后价值的PCD 相关 lncRNA构建预后模型并加以验证，最后挑选出特定的重要基因进行实验验证。

详细介绍版

研究人员首先在TCGA中下载结肠癌患者的转录组测序数据和临床信息，并利用GENCODE 数据库中的 lncRNA 注释文件进行注释，基于相关系数 > 0.3 和 p < 0.05 的 Spearman 相关分析筛选 TCGA-结肠腺癌 (COAD) 数据中的 PCD 相关 lncRNA，根据聚类分析结果将患者分组。然后使用单因素Cox 回归分析筛选具有预后价值的 lncRNA，筛选出八个与 PCD 相关的 lncRNA 用于构建预后模型，利用公共数据和临床数据对该模型的准确性和有效性进行验证，并对高危组和低危组患者的表观遗传修饰和免疫细胞浸润变化进行探究。最后通过体外和体内实验验证 lncRNA U62317.4 的致癌作用。

图1 研究路线

结果

1.基于 PCD 相关 lncRNA识别预后不同的结肠癌患者分组

根据已发表文献，共有199 个与 PCD 相关的基因：33个与细胞凋亡相关，52 个与细胞焦亡相关以及 114与铁死亡相关。图 2A-C结果显示，大多数 PCD 相关基因的表达在结肠癌和正常组织之间存在显著差异。研究人员通过相关性分析筛选出与这些基因表达最密切相关的 lncRNA，在 437 个 PCD 相关 lncRNA 中，与细胞焦亡、细胞凋亡和铁死亡相关的lncRNA分别是85、161 和 297 个（图 2D-F）。利用单变量 Cox 分析筛选出41 个 PCD 预后相关的 lncRNA（图3A、B）。图 3C差异分析显示，这些 lncRNA 的表达在肿瘤和正常组织之间存在显著差异。结合共识矩阵累积分布函数曲线和 delta 面积图，研究人员选取K = 2并基于上述 lncRNA 的表达对结肠癌样本进行共识聚类分析。KM生存曲线显示，cluster 1 的 OS 率显著优于cluster 2（图 3D-G）。在临床特征上，cluster 1 中的T 分期、淋巴转移和肿瘤分期等级更高（图3H）。

图2

图3

2.结肠癌亚群的生物学功能分析

为进一步探究不同亚群之间预后差异的内在原因，研究人员对不同亚群中的 DEGs进行GSEA、GO 和 KEGG 分析。GSEA结果显示，免疫相关B细胞受体、趋化因子、JAK-STAT、T 细胞受体和 Toll 样受体信号通路在cluster 1 中异常激活（图 4A）。与 GSEA 结果一致，GO 结果显示DEG 参与免疫相关功能（图 4B-D）。图 4E中KEGG 分析显示，DEGs主要与信号通路相关的细胞生长、趋化因子、细胞因子和吞噬体相关。

图4

3.cluster 1 和cluster 2肿瘤免疫微环境和免疫检查点分析

上述分析显示，不同亚群之间的DEGs主要与免疫相关功能有关，于是研究人员进一步对结肠癌免疫微环境中的免疫细胞分布进行分析。图 5A结果显示，cluster 1 和cluster 2的免疫细胞浸润量显著不同。cluster 1中的记忆 CD4 T 细胞和嗜酸性粒细胞数量丰富，而cluster 2中有更多的滤泡辅助 T 细胞和静息自然杀伤 (NK) 细胞（图 5B-E）。图 5F-H结果显示，cluster 2的免疫、基质和ESTIMAT分数显著低于cluster 1。图 5I中的结果显示cluster 2中的免疫功能完全受到抑制。考虑到免疫检查点在免疫治疗中的重要性，研究人员又对两个亚群中免疫检查点的表达进行分析，发现除TNF受体超家族成员 (TNFRSF) 25 和 14 之外的所有免疫检查点基因在cluster 2 中均受到显著抑制（图 5J）。因此，研究人员推测该亚群中患者的较低 OS 率可能是由于免疫功能受到抑制。

图5

4.构建PCD 相关 lncRNA 预后模型

研究人员筛选出八个基因（AC004080.1, AC078923.1, AC114730.3, AC156455.1，LINC01419, LINC00997, NKILA和U62317.4）用于构建预后模型，并根据这八个基因的回归系数和表达计算风险评分（图 6A-C）。为测试模型的准确性和有效性，研究人员将患者随机分为训练组（N = 260）和测试组（N = 176），然后根据中位风险评分将其分为高风险组和低风险组。生存分析结果显示，训练组高风险评分患者的 OS 比低风险评分患者更差（图 6D），高风险评分患者的死亡率显著高于低风险评分患者（图 6G）。图 6J 中ROC 曲线显示，预后模型可准确预测 CC 患者的 1、3 和 5 年生存率。该模型的准确性在测试组（图 6E、H、K）和整个 TCGA 数据集（图 6F、I、L）中也得到了验证。

图6

5.预后模型的独立因素和临床病理学相关性分析

接下来，研究人员通过单因素和多因素Cox 分析进一步证实预后模型的独立性。图 7A和B 结果显示年龄和风险评分是结肠癌患者的独立预后因素。图 7C结果显示高风险组中所有八种 PCD 相关 lncRNA 的表达显著增加。随后，研究人员构建了一个列线图，其中包括患者年龄、性别、肿瘤分期、远处转移、淋巴结转移和风险评分，以准确量化生存率（图 7D）。校准曲线、ROC 曲线下面积和DCA 决策曲线结果显示该列线图可有效评估患者的预后（图7E-L）。

图7

6.高危和低危人群的功能富集和免疫细胞浸润水平分析

图 8A 为基于 TIMNER、CIBERSORT、QUANTISEQ、MCPCOUNTER、XCELL 和 EPIC 算法的免疫浸润热图。免疫功能差异分析显示，Apcin (APC)协同抑制、 APC 协同刺激、检查点、细胞溶解活性、促炎作用、 MHC I 类、 t 细胞协同抑制和 t 细胞协同刺激在高、低风险组间差异显著。说明八种 PCD 相关 lncRNA 预后特征与免疫细胞浸润具有相关性。

7.风险评分与 TMB 和基因 CNVs 的相关性

图 8C 结果显示，高风险评分患者的 TMB 水平低于低风险评分患者。进一步的相关分析表明，风险评分与 TMB 呈负相关（图 8D）。然后研究人员根据中位 TMB 将患者分为 TMB 高、低两组。生存分析结果显示，高 TMB 患者的 OS 率显著低于低 TMB 患者（图 8E）。此外，研究人员还评估了高风险和低风险组的体细胞突变情况，瀑布图显示的是突变频率最高的前 20 个基因（图 8G、H）。高风险组和低风险组之间差异最大的前 40 个基因的 CNVs 分析显示，高风险组和低风险组之间的 DEGs 中 CNVs 突变频率更高（图 8I-J）。

8.免疫疗法对高危和低危人群的益处

接下来，研究人员利用网站工具（http://tide.dfci.harvard.edu/）对免疫疗法在高风险和低风险人群中的疗效进行了评估。较高的肿瘤免疫功能障碍和排斥 (TIDE) 评分意味着免疫逃逸的可能性较高，表明患者从免疫治疗中获益较低。图 8K结果显示，高风险组患者的 TIDE 评分显著高于低风险组患者。高风险组患者的微卫星不稳定性 (MSI) 评分较低（图 8L），而低风险组患者的 T 细胞排除评分较高（图 8M）。两组之间的 T 细胞功能障碍无显著差异（图 8N）。

图8

9.高风险和低风险人群的药物敏感性潜力分析

研究人员进一步预测了高危和低危人群对结肠癌患者常用药物的敏感性。图 9A-F 结果显示，低风险评分组对PD.0325901、METFORMIN、MK.2206、AZD8055、PD.0332991和索拉非尼更敏感，而高风险评分组对伊马替尼、拉帕替尼、PHA.665752和 MS.275更敏感（图 9G-J）。此外，研究人员还通过 CMAP 数据库确定了可用于高危组患者的四种化疗药物的 3D 结构（图 9K-N）。

图9

10.PCD 相关 lncRNA风险模型预后价值的验证

研究人员在临床收集了96 名结肠癌患者作为外部验证数据集，并通过 RT-qPCR 检测8 个 PCD 相关 lncRNA 在结肠癌和邻近组织中的表达，表达趋势与TCGA 中的趋势一致（图 10A）。根据患者的风险评分中位数将患者分为高危组和低危组。生存分析结果显示，高风险组的 OS 显著低于低风险组（图 10B）。AUC显示该风险模型可以预测结肠癌患者的结果（图 10C）。此外，临床特征和风险评分的单因素和多因素Cox 回归分析显示风险评分、分期和年龄是独立的预后因素（图 10D、E）。

图10

11.沉默 U62317.4 可抑制结肠癌的增殖、侵袭和迁移

研究发现lncRNA U62317.4在预后模型中具有最高风险系数，说明U62317.4与结肠癌患者的预后密切相关，所以研究人员进一步探讨了 U62317.4 是否参与结肠癌的恶性进展。实验结果显示，用 si-U62317.4 转染后，U62317.4 在 HCT-116 和 SW480 细胞中的表达显著降低（图 11A、B）。沉默 U62317.4 可显著抑制细胞活力和克隆形成（图 11C-E）并促进细胞的凋亡（图 11F、G）。此外，敲除 U62317.4 可显著降低伤口愈合能力以及细胞的迁移和侵袭能力（图 11H、J）。为评估 U62317.4 在体内的致瘤性，研究人员构建了裸鼠皮下肿瘤模型，结果显示沉默 U62317.4可显著抑制这些小鼠中结肠癌的发展（图 11K-M）。

图11

小结

本文作者在TCGA中通过共表达分析筛选出 41 个预后 PCD 相关 lncRNA，并根据聚类分析结果将结肠癌患者分组。开发了一个包含 8 个 PCD 相关 lncRNA 的预后模型，发现具有高风险评分的患者预后较差，并且预后模型具有较高的诊断能力。作者最后还通过湿实验进一步验证了U62317.4 lncRNA 在体内和体外的作用，发现沉默U62317.4 lncRNA可抑制肿瘤增殖和侵袭，促进肿瘤凋亡。

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END

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撰稿 ▎panda

排版 ▎CY.

文献 ▎

Y. Chen, Y. Zhang, J. Lu et al. Characteristics of Prognostic Programmed Cell Death–Related Long Noncoding RNAs Associated With Immune Infiltration and Therapeutic Responses to Colon Cancer. Frontiers in Immunology, 2022, 13

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