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乳腺癌中,基于炎症相关基因的预后预测模型

2023-09-01 23:12 作者:275276  | 我要投稿


结果

预后炎症相关基因的鉴定

为了建立乳腺癌的预后预测模型,我们从GSEA数据库中获取了人类炎症反应基因集,其中包含200个炎症相关基因(IRG),并对其进行了进一步分析。从TCGA数据库中获取这些炎症基因在乳腺癌组织和癌旁组织中的表达水平,筛选出56个差异表达的炎症基因(DEG)。对所有 IRG 的单变量 Cox 分析显示,其中 30 个 IRG 与TCGA 队列中的总生存率相关,p < 0.05。然后,通过将维恩图中显示的56个DEG和30个炎症相关基因相交,总共鉴定出11个不同表达的炎症相关基因。使用热图可视化乳腺癌中 9 个上调基因(TACR1、IRF7、BST2、IFITM1、LAMP3、SELL、CXCL9、IL12B、IL12B、GPR132、IL18)和 2 个下调基因(KCNMB2、TACR1)的表达。根据单变量 Cox 回归分析,发现 10 个风险基因(风险比 > 1)和 1 个保护基因(风险比 < 1)与乳腺癌相关。几乎所有的预后特征基因都呈正相关



乳腺癌炎症相关基因的筛选。(A) 维恩图显示了与炎症反应相关的 DEG 和预后基因的 11 个重叠基因;(B)乳腺癌和正常组织中所有炎症差异基因表达的表达热图;(C) 11个预后相关炎症基因的风险比森林图;(D) 特征基因的相关性分析。红色表示正相关;蓝色表示负相关。

乳腺癌预后模型的构建和验证

为了研究IRG与乳腺癌患者预后之间的关系,我们通过LASSO算法分析,基于11个单变量结果构建了预后风险预测模型。并利用10倍交叉验证来确定调整参数的最佳值,结果表明7个IRG是最可靠的标记。使用 7 个 IRG(包括 GPR132、IFITM1、IL12B、IL18、IRF7、KCNMB2 和 TACR1)构建列线图来预测乳腺癌患者的 1 年、2 年和 3 年生存率。将各基因的得分累加得到总分,并在总分对应点向下画垂直线,确定1年、2年、3年的相对生存率。根据中位风险评分,将患者分为低风险组和高风险组。我们进行了 Kaplan-Meier 和 ROC 分析来估计 IRG 特征的强度并比较两组之间的差异。KM 曲线显示两组之间存在显着差异,并显示风险评分较高的患者往往预后较差,生存时间较短。此外,1年、2年和3年的ROC曲线下面积(AUC)分别为0.640、0.604和0.628。结果显示该预后模型具有良好的敏感性和特异性。

炎症相关基因预后模型的构建与评估。(A,B)LASSO Cox回归分析筛选7个差异表达炎症基因并建立预后模型;(C) 预测乳腺癌患者 1 年、2 年和 3 年总生存率的列线图;(D)低风险组和高风险组乳腺癌患者的生存分析;(E) ROC 曲线证实了预后模型的准确性。

IRGs 风险预测模型的进一步验证

为了进一步评估基于TCGA队列构建的IRGs风险预测模型的分层能力,我们根据中位风险评分将乳腺癌分为高风险组和低风险组。然后我们绘制了患者生存状态和风险评分的分布图。风险评分的分布图显示高风险组的死亡人数较多。此外,患者生存状况的散点图显示低风险组的预后明显改善。利用主成分分析(PCA)和t分布随机邻域嵌入(t-SNE)来确认风险评分的可靠聚类能力。绘图显示不同风险组的乳腺癌患者呈两个方向分布,表明模型中7个基因的表达可以有效地将乳腺癌患者分为高风险组和低风险组。进行单变量和多变量Cox比例风险回归分析,进一步探讨炎症相关基因预后风险模型的独立预后价值。单变量分析表明,年龄(p < 0.001)和病理(分期)(p < 0.001)与总生存率显着相关。此外,进一步的多变量分析显示年龄 ( p < 0.001)、病理(分期)( p < 0.001)、淋巴结状态 (N) ( p < 0.001) 和总生存率 (无花果。3C和和 3D)。3D)。单变量 Cox 回归分析中风险评分的风险比 (HR) 和 95% 置信区间 (CI) 分别为 2.783 和 1.737-4.457 ( p < 0.01),多变量 Cox 回归分析中的风险比 (HR) 为 3.129 和 2.065-4.741 ( p < 0.01 ) )。这些结果表明,该模型的风险评分是乳腺癌患者预后的强大独立预测因子。

候选预后模型的预后价值。(A)根据风险评分的中位数和不同风险评分下的生存状况构建的风险曲线;(B) 基于PCA和tSNE的分析判断模型的可行性;(C)不同临床特征和风险评分的单变量Cox回归分析;(D) 不同临床特征和风险评分的多变量Cox回归分析。

基于IRGs的肿瘤微环境评价

采用单样本基因集富集分析(ssGSEA)对16个免疫细胞亚群和13个免疫相关功能进行量化,以阐明风险评分与免疫状态之间的相关性。在TCGA队列中,结果显示,低风险组的免疫细胞浸润状态往往较高,并且这些组中的免疫相关通路也有所增加(无花果。4A和和4B)。4B)。从这些发现中我们可以得出结论,低危组的免疫反应可能比高危组更活跃,高危组乳腺癌患者的不良预后可能与负性免疫调节有关。 。根据TCGA数据库中各肿瘤样本类型的免疫表型分布,通过单因素方差分析显示5种免疫类型的风险评分水平。通路在低风险组和高风险组之间存在差异富集。免疫状态和基质细胞在肿瘤微环境中发挥重要作用。我们对风险评分与肿瘤微环境进行了相关性分析,以更好地了解肿瘤微环境对乳腺癌患者预后的影响。结果表明,风险评分与免疫细胞浸润(p < 0.001,R = -0.36)和基质细胞(p < 0.001,R = -0.7)呈负相关。此外,基于干细胞评分(DNAss)和干细胞评分(RNAss)进行了 Spearman 相关性检验,探讨风险评分与癌症干性评分之间的关联,结果显示 RNAss 与风险评分呈正相关(p < 0.05,R = 0.16)。因此,预后模型的风险评分与癌症干细胞的活性之间可能存在密切关系。

基于IRG的免疫浸润模式的相关性分析。(A)炎症相关预后模型低危组和高危组免疫细胞亚群的差异;(B)炎症相关预后模型低危组和高危组免疫功能和通路的差异;(C)不同风险评分和免疫分类的乳腺癌患者之间的差异;(D) KEGG 分析显示风险组的功能富集;(E) 免疫细胞评分、基质细胞和风险评分之间相关性的散点图。(F) DNAss、RNAss 和风险评分之间相关性的散点图 (*** p < 0.001)。

IRGs与药物敏感性的关系

通过60种不同的人类癌细胞系(NCI-60)数据库,通过CellMiner界面(https://discover.nci.nih.gov/cellminer)进行评估,我们探索了IRGs对药物敏感性的影响,并获得了16具有统计学显着差异的药物。结果表明,KCNMB2的表达与异维A酸、伊穆喹莫特、醋酸甲地孕酮、氟奋乃静和氟维司群的敏感性呈正相关。说明KCNMB2表达量越高,对上述药物的敏感性越强。IL-18的表达与哌潘酮、硼替佐米、放线菌素D、雌莫司汀、维莫非尼、长春花碱、雷洛昔芬、三氧化二砷和洛莫司汀的敏感性呈负相关。此外,IFITM1的表达与伊马替尼呈正相关,GPR与奥希替尼呈负相关。研究表明,我们的风险评分计算模型可以有效预测癌细胞对这些药物的敏感性,并可能导致临床环境中更精确的药物使用。

基于CellMiner数据库进行基因药物敏感性分析,筛选出炎症相关预后模型中与基因表达相关性最高的16种药物。


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