5分+细胞焦亡生信分析，换种癌症可重复！

导语

GUIDE ╲

细胞焦亡是一种新型的程序性细胞死亡形式，可以调节肿瘤细胞增殖、入侵和转移，从而影响癌症患者的预后。

背景介绍

细胞焦亡的纯生信分析是今年的一大热点，今天小编继续给大家带来细胞焦亡系列文章———细胞焦亡相关基因在肺腺癌中的分析。这篇文章发表在Cell Death Discovery，最新影响因子5.241，中科院二区。文章题目为《Identification of thepyroptosis‑related prognostic gene signature and the associated regulation axisin lung adenocarcinoma》。

数据介绍

使用TCGA和UCSC Xena数据库下载486名LUAD患者RNA-seq数据，拷贝数变异（CNV）数据和临床信息等。

结果解析

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细胞焦亡相关基因的差异表达和遗传变异

作者通过检索先前的文献，获得了33个细胞焦亡相关基因。首先探索了这 33个基因在LUAD和正常肺组织中的差异表达（图1A）。其中有23个基因是差异的，PPI网络表明 CASP1、CASP5、CASP8、NLRP1、NLRP3 和 PYCARD 是hub基因。差异表达我们可以使用limma包复现。PPI网络使用STRING网页工具的Multiple Proteins选项复现。

作者发现257个LUAD样本中有116个(64.59%)存在基因突变，其中错义突变是最常见的变异（图1B）。SNPs是最常见的变异类型，C > A是最大的SNV类。在33个细胞焦亡基因中，NLRP3是突变频率最高的基因，其次是NLRP7和NLRP2（图1C）。同时，在这33个基因中有一半以上都有拷贝数扩增（图1E)。突变频率和肿瘤瀑布图可以由maftools包绘制。23种染色体上细胞焦亡基因的CNV改变的位置可以由RCircos包绘制。

Fig. 1

02

功能富集

作者使用GO和KEGG观察了细胞焦亡基因基因富集的通路(图2)。clusterProfiler等许多方法均可用于富集分析。

Fig. 2

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焦亡相关基因预后模型

在33个焦亡基因中，5个具有预后价值，即NLRP7（P = 0.021），NLRP1（P = 0.008），NLRP2（P = 0.014），NOD1（P = 0.047）和CASP6（P = 0.048）（图3A）。使用LASSO Cox回归分析构建预后模型，风险评分 = (0.0946) * CASP6 + (0.1573) * NLRP7 + (−0.124) * NOD1 + (−0.1627) * NLRP1 + (−0.0262) * NLRP2。根据风险评分将LUAD患者分为两组，我们观察到随着风险评分的增加，患者的死亡风险增加，生存时间减少（图3C）。Kaplan-Meier曲线显示具有高风险评分的LUAD患者的总体生存概率比低风险评分更差（图3D)。1年、3年和5年ROC曲线中的AUC面积分别为0.668、0.591 和0.612（图3E）。最后，预测列线图显示，NOD1是影响LUAD患者预后的独立因素（图4A-B），并且3年和5年总生存率预测效果更好（图4D）。

Fig. 3

Fig. 4

04

免疫浸润、MSI、TMB

作者使用TIMER数据库（https://cistrome.shinyapps.io/timer/）分析了上文鉴定的预后焦亡基因与免疫浸润之间的相关性。可以使用TIMER数据库 的“gene”模块复现（图5）。肿瘤突变负荷（TMB）和微卫星不稳定性（MSI）可以作为肿瘤的预后标志物，可以使用临床生信之家复现（图6）。我们发现，上文鉴定的5个有预后价值的焦亡基因许多与免疫细胞、TMB、MSI相关。另外，NLRP7、NLRP2、NOD1和CASP6的表达与药物靶点呈正相关。

Fig. 5

Fig .6

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ceRNA网络

NLRP1和NLRP7与临床分期相关，所以作者进一步构建了mRNA-miRNA-lncRNA相互作用网络探索NLRP1和NLRP7在LUAD中的潜在分子机制。作者使用miRTarBase和TarBase V.8数据库预测与焦亡基因结合的miRNA 靶标。基于鉴定的miRNA，再使用StarBase和LncBase Predicted v.2数据库预测与 miRNA相互作用的lncRNA。

结果显示，miR-335-5p是与NLRP1和NLRP7结合的靶向mRNA（图7）。miR-335-5p在LUAD中下调（图7B），且miR-335-5p水平高的LUAD患者总体生存率更高（图7C）。随后，作者探索了miR-335-5p的上游lncRNA靶点，构建了miRNA-lncRNA轴。有三个lncRNA被确定为靶点，其中lncRNA FTX的下调和lncRNA KCNQ1OT1的上调显著影响LUAD。然而，只有lncRNA KCNQ1OT1可以降低LUAD患者的生存概率(图7H)。因此，lncRNA KCNQ1OT1/miR-335-5p/NLRP1/NLRP7调控轴可能在LUAD的进展中发挥重要作用。

Fig. 7

小编总结

相比于第一篇细胞焦亡基因的生信分析（跟上热点！5+细胞焦亡分析思路来咯！），本文的研究结果更好，也预测了一条潜在的调控轴。以NLRP7，NLRP1，NLRP2，NOD1和CASP6构建的预后模型预测LUAD的效果显著，但仍然有改进空间。不过这篇焦亡生信分析为我们提供了很好的思路，完全可以在其他癌症中复现。