基于生物信息学分析鉴定结直肠癌中坏死性凋亡与线粒体自噬相关关键基因及其预后价值

《Discover Oncology》：Identification of necroptosis & mitophagy-related key genes and their prognostic value in colorectal cancer

为解决结直肠癌（COAD）预后差、缺乏有效预后生物标志物和药物靶点的问题，研究人员开展了 COAD 中坏死性凋亡与线粒体自噬相关关键基因的研究。结果发现 UCHL1 等 4 个关键基因与 COAD 预后相关，构建的模型可用于风险分层，为临床治疗提供了新工具。

　　在癌症的世界里，结直肠癌（Colorectal Cancer，COAD）就像一个难以攻克的堡垒。它在发达国家是第三大常见恶性肿瘤，2018 年其致死率高达 48.9% 。即便医疗技术不断进步，可结直肠癌患者的五年生存率仍徘徊在 65% 左右，一旦病情发展到转移阶段，预后更是急剧恶化。目前的治疗手段，如手术、化疗和放疗，在分子层面难以精准打击 COAD，导致耐药、复发和转移等问题频发。这让人们迫切需要寻找新的预后生物标志物和药物靶点，来改善患者的命运。

在这样的背景下，山东师范大学医院、山东第一医科大学等机构的研究人员挺身而出，开展了一项意义重大的研究。他们聚焦于坏死性凋亡（necroptosis）和线粒体自噬（mitophagy）这两个在细胞死亡调控和内环境稳定中起着关键作用的过程，试图找出与 COAD 相关的关键基因，并明确其预后价值 。这项研究成果发表在《Discover Oncology》上，为结直肠癌的研究和治疗开辟了新的道路。

研究人员在探索之旅中，采用了多种强大的技术方法。他们从癌症基因组图谱（The Cancer Genome Atlas，TCGA）和基因表达综合数据库（Gene Expression Omnibus，GEO）获取数据，整合分析筛选出坏死性凋亡与线粒体自噬相关的差异表达基因（Necroptosis & Mitophagy-related Differentially Expressed Genes，N&MRDEGs）。利用功能富集分析、基因集富集分析（Gene Set Enrichment Analysis，GSEA）和基因集变异分析（Gene Set Variation Analysis，GSVA）探究这些基因的功能和相关信号通路。通过最小绝对收缩和选择算子（Least Absolute Shrinkage and Selection Operator，LASSO）回归构建预后模型，并结合多种统计分析方法进行验证 。同时，还使用细胞系实验进一步验证关键基因的表达情况。

下面来看看具体的研究结果：

• COAD 相关的坏死性凋亡与线粒体自噬相关差异表达基因：研究人员从 TCGA 数据库下载数据，分析发现 COAD 组和正常组之间有大量差异表达基因，经过一系列筛选，最终确定了 53 个 N&MRDEGs。
• 基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析：对这 53 个 N&MRDEGs 进行 GO 和 KEGG 富集分析，发现它们参与了许多重要的生物学过程和信号通路，比如调节自噬、NF-κB、PI3K-Akt、MAPK 等信号通路，这些过程和通路与肿瘤的发生发展密切相关。
• GSEA 和 GSVA 分析：GSEA 分析显示 N&MRDEGs 显著参与 TCR 通路、NF-κB 通路等多个生物学功能和信号通路；GSVA 分析则发现 COAD 组和正常组在脂肪酸代谢、TGF-β 信号等多个基因集存在显著差异。
• 构建 COAD 预后模型：通过 LASSO 回归分析，研究人员确定了 UCHL1、HSPA1A、MAPK8 和 PLEC 这 4 个关键基因，并构建了预后模型。该模型显示，高风险组患者的预后更差，风险评分在预测患者生存结局方面有显著差异。
• 关键基因在高低风险组的表达差异分析：分析发现这 4 个关键基因在高风险组的表达水平显著高于低风险组。ROC 曲线分析表明，HSPA1A 和 PLEC 区分高低风险组的准确性较高，UCHL1 和 MAPK8 的准确性则为中等。
• 关键基因在 COAD 和正常组的差异表达分析：整合 GEO 数据库数据并消除批次效应后分析发现，UCHL1 和 HSPA1A 在 COAD 组的表达显著低于正常组。Friends 分析确定 HSPA1A 是 COAD 生物学过程中的关键基因，ROC 曲线分析显示 UCHL1 在区分 COAD 和正常组织方面准确性很高。
• 构建 TCGA 数据集 COAD 多变量 Cox 预后模型：通过单变量和多变量 Cox 回归分析构建模型，nomogram 显示 PLEC 是最具影响力的预后变量。校准分析和决策曲线分析（Decision Curve Analysis，DCA）表明该模型在预测 1 年生存率方面准确性较高，且具有一定的临床实用性。
• 验证 COAD 细胞中与坏死性凋亡和线粒体自噬相关的关键基因：利用 GSE8671 数据集和细胞系实验验证发现，与正常组织相比，UCHL1、HSPA1A 和 PLEC 在结直肠腺瘤和 COAD 细胞系中的表达显著降低，MAPK8 在各组中的表达则无明显差异。

综合研究结果，研究人员得出结论：UCHL1、HSPA1A、MAPK8 和 PLEC 是 COAD 的预后生物标志物，构建的预后模型为临床风险分层提供了新工具，有助于进一步探究 COAD 的潜在分子机制。不过，这项研究也存在一些局限性，比如缺乏湿实验验证、样本量有限、临床验证不足等 。未来还需要更多的研究来克服这些问题，让研究成果更好地应用于临床实践，为结直肠癌患者带来新的希望。