重大发现！LY6H 和 GRM3—— 胶质瘤相关癫痫（GRE）的潜在关键生物标志物

《Scientific Reports》：Identification and validation of LY6H and GRM3 as candidate biomarkers for Glioma-related epilepsy

胶质瘤相关癫痫（GRE）严重影响患者生活质量和预后，其发病机制尚不明晰。为探寻 GRE 的分子机制，福建医科大学附属协和医院等研究人员整合生物信息学与多种机器学习方法开展研究。结果发现 LY6H 和 GRM3 为 GRE 潜在标志性蛋白，该成果为 GRE 诊断和治疗提供新方向。

　　在人体这个复杂的 “小宇宙” 里，大脑堪称最为神秘的 “星系”。胶质瘤，作为中枢神经系统最常见的原发性肿瘤，常常伴随着癫痫这一 “捣乱分子” 出现，严重影响患者的生活质量和预后。目前，虽然知道谷氨酸代谢失调、GABA 能神经元减少、离子通道异常激活等与 GRE 有关，但对于引发 GRE 的胶质瘤内部分子特征，科学界还知之甚少。以往研究多聚焦于少数蛋白质的机制，缺乏对蛋白质组全景的综合分析，这就好比在黑暗中摸索，只看到了零星几点光亮，而周围的世界依旧模糊不清。因此，深入探究 GRE 的分子机制，寻找新的生物标志物和治疗靶点迫在眉睫。

为了揭开 GRE 的神秘面纱，福建医科大学附属协和医院等研究机构的研究人员踏上了探索之旅。他们开展了一项意义重大的研究，整合生物信息学和多种机器学习方法，对 GRE 患者和非癫痫性胶质瘤（GNE）患者的脑肿瘤样本进行蛋白质组学分析。最终，研究人员成功鉴定出 LY6H 和 GRM3 作为 GRE 的潜在标志性蛋白，这一发现为 GRE 的早期检测提供了新的生物标志物，也为深入理解其分子机制和开发潜在治疗策略带来了曙光。该研究成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员在这项研究中运用了多种关键技术方法。首先，通过回顾性病例对照研究，收集了 20 例 GRE 患者和 10 例 GNE 患者的脑肿瘤样本。接着，利用液相色谱 - 串联质谱（LC - MS/MS）技术对样本进行蛋白质组测序分析。随后，借助多种生物信息学和机器学习方法，如加权基因共表达网络分析（WGCNA）、蛋白质 - 蛋白质相互作用（PPI）网络构建、Lasso 回归模型、递归特征消除和支持向量机（SVM - RFE）、随机森林（RF）模型、梯度提升机（GBM）等，对数据进行深入挖掘和分析。最后，使用独立的外部数据集 GSE199759 进行验证。

下面来看具体的研究结果：

1. 一般信息：研究纳入 20 例 GRE 患者和 10 例 GNE 患者，对其性别、年龄、肿瘤位置等临床特征进行统计分析，结果显示两组在这些方面无显著差异。
2. 差异蛋白表达分析：通过 TMT 标记定量技术共鉴定出 6784 种蛋白质，经筛选得到 1376 种差异表达蛋白（DEPs），其中 740 种上调，636 种下调。GO 富集分析表明这些差异蛋白参与氧化磷酸化、线粒体电子传递等生物学过程；KEGG 通路富集分析显示其主要涉及神经退行性疾病、多巴胺能突触等相关通路。
3. WGCNA：对数据进行质量控制后，构建加权共表达网络，识别出 7 个模块。经分析发现棕色模块与 GRE 最为相关，该模块包含 1765 种蛋白质，功能富集分析显示其涉及化学突触传递调节、突触可塑性调节等生物学过程和相关通路。
4. PPI 构建：取棕色模块和 DEPs 的交集，得到 125 种 GRE 相关 DEPs，并构建 PPI 网络。进一步分析发现这些蛋白主要富集在氧化磷酸化、谷氨酸能突触等通路。通过特定算法筛选出 20 种关键蛋白。
5. Lasso 模型：运用 Lasso 回归模型对 GRE 相关 DEPs 进行分析，确定了 20 种关键蛋白特征，有效避免了过拟合和欠拟合。
6. 机器学习：利用 RF、GBM、SVM - RFE 等多种机器学习算法对蛋白质表达数据进行建模分析。RF 模型评估了每个蛋白质的重要性；GBM 模型通过优化超参数确定了最佳模型，并分析了蛋白特征的重要性；SVM - RFE 模型通过迭代训练，筛选出对分类性能关键的 GRE 蛋白。
7. GRE 标志性蛋白：综合多种算法和模型的结果，确定 LY6H 和 GRM3 为 GRE 标志性蛋白。ROC 曲线分析显示它们具有良好的诊断性能，且在 GRE 中显著下调。多元模型表明这两种蛋白有助于个体层面的 GRE 风险评估。功能富集分析揭示了它们各自参与的生物学过程。
8. 外部验证：利用 GSE199759 数据集进行外部验证，结果显示 LY6H 和 GRM3 的 mRNA 在 GRE 患者中显著下调，且诊断性能优异。
9. GRE 标志性基因对胶质瘤的影响：通过分析 CGGA 和 TCGA 数据库的数据，发现 LY6H 和 GRM3 的表达水平随胶质瘤病理分级升高而降低，且与患者总体生存呈显著负相关。

研究结论和讨论部分表明，该研究利用 LC - MS/MS 技术结合多种方法，系统地鉴定出 GRE 的标志性蛋白 LY6H 和 GRM3，并通过外部数据集验证了结果的可靠性。这不仅加深了对 GRE 分子特征的理解，还为临床诊断和治疗提供了潜在生物标志物。GRM3 编码的代谢型谷氨酸受体 3（mGluR3）虽在癫痫研究中有争议，但在该研究中与 GRE 和胶质瘤预后相关；LY6H 属于 LY6 基因家族，在癌症等多方面有作用，其在 GRE 中的具体机制有待进一步研究。然而，该研究也存在一定局限性，如样本量相对较小，LY6H 和 GRM3 的生物学功能及潜在机制尚未完全明确。未来需要更大规模的研究和功能实验来进一步验证和探索。但总体而言，这项研究为 GRE 的研究和治疗开辟了新道路，具有重要的科学意义和临床应用价值，有望为患者带来新的希望。