铁死亡相关特征预测肺癌的临床诊断和预后,并与免疫微环境相关

A ferroptosis-related signature predicts the clinical diagnosis and prognosis, and associates with the immune microenvironment of lung cancer.

作者信息Hua Zhou, Xiaoting Zhou, Runying Zhu, Zhongquan Zhao, Kang Yang, Zhenghai Shen, Hongwen Sun
PMID38743344
发布时间2024-05-14
DOI10.1007/s12672-024-01032-x

实验完整度

中

包含基于TCGA/GEO的生物信息学分析、临床样本IHC、细胞系Western blot和RT-qPCR验证,但缺乏功能实验和体内模型。

主要模型

TCGA肺癌队列 GSE72094队列 GSE157011队列 BEAS-2B细胞系及肺癌细胞系A549、H1975、HCC827、PC9

重点核对

训练和验证队列的划分比例(7:3)及样本量 LASSO回归的最优λ值及模型基因数 8个预后基因的系数和风险评分计算方式 免疫细胞浸润分析算法(CIBERSORT和TIMER) 临床组织样本的配对设计(30对)及IHC阳性面积计算

摘要

靶向铁死亡相关通路是治疗肺癌(LC)的潜在策略。因此,探索铁死亡相关标志物对于治疗LC具有重要意义。我们从TCGA和GEO数据库收集了LC临床数据和mRNA表达谱。通过FerrDB数据库获得铁死亡相关基因(FRGs)。进行表达分析以获得差异表达的FRGs。分别通过LASSO回归、单因素和多因素Cox回归分析构建基于FRGs的诊断和预后模型。使用外部验证队列GSE72094和GSE157011进行验证。分析了基于FRGs的预后风险评分与肿瘤免疫微环境之间的相互关系。免疫组织化学、Western blotting和RT-qPCR检测FRGs水平。18个FRGs用于诊断模型,8个FRGs用于预后模型。诊断模型在TCGA训练和验证队列中能很好地区分LC和正常样本。TCGA、GSE72094和GSE157011队列的预后模型显著证实了高风险组的总生存期(OS)较低,这显示了生存模型的优异预测性能。多因素Cox回归分析进一步证实风险评分是与OS相关的独立危险因素。免疫测定显示,在高风险组中,Macrophages_M0、Neutrophils、静息自然杀伤细胞和活化肥大细胞的比例显著更高,B7H3、CD112、CD155、B7H5和ICOSL的水平升高。总之,诊断和预后模型为LC提供了优越的诊断和预测能力,并揭示了铁死亡与TIME之间的潜在联系。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
构建基于铁死亡相关基因的肺癌诊断和预后模型,并探讨其与肿瘤免疫微环境的关系。
核心机制
高风险组的预后不良可能与免疫抑制性肿瘤微环境相关,表现为特定免疫细胞比例变化和免疫检查点分子上调。
主要证据
基于TCGA和GEO队列构建的模型在训练和验证队列中均显示出良好的区分和预测能力,并通过临床样本和细胞系验证了8个FRGs的表达。
研究意义
该研究为肺癌的早期诊断和个性化预后评估提供了潜在的生物标志物,并揭示了铁死亡与肿瘤免疫微环境的关联,为未来研究提供了方向。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

数据收集与差异表达分析

鉴定肺癌中差异表达的铁死亡相关基因

从TCGA和GEO数据库获取肺癌mRNA表达谱和临床数据,基于FerrDB获取FRGs,使用limma包分析差异表达基因。

2

构建预后模型

筛选与总生存期相关的铁死亡基因并构建风险评分

通过单因素Cox回归和LASSO回归筛选基因,取交集后进行多因素Cox回归,构建预后风险评分。

3

评估预后模型性能

验证预后模型在训练和外部验证队列中的预测能力

使用K-M曲线和ROC曲线评估风险评分对1、3、5年生存的预测性能。

4

构建列线图

整合临床特征构建个性化预后预测工具

基于独立预后风险因素构建列线图,并通过校准曲线和DCA评估其临床价值。

5

免疫浸润分析

比较高低风险组间免疫细胞浸润和免疫检查点表达差异

使用CIBERSORT和TIMER算法评估免疫细胞比例,并比较免疫检查点分子表达。

6

构建诊断模型

建立基于FRGs的肺癌诊断模型

基于121个差异FRGs,通过LASSO回归构建诊断模型,并用训练和验证队列评估。

7

表达验证

验证8个预后相关FRGs在临床样本和细胞系中的表达

通过IHC、Western blot和RT-qPCR检测8个FRGs在肺癌组织和细胞系中的表达。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基Hyclone--
DAB显色试剂盒Solarbio--
光学显微镜(CI60)Nikon--
ACSL3抗体Abcamab151959
CDKN1A抗体Abcamab102013
FADS2抗体Abcamab262943
GLS2抗体Biossbsm-51645
HSF1抗体Abcamab52757
PANX1抗体Abcamab233479
PHKG2抗体Biossbs-5010R
VDAC2抗体Abcamab126120
GAPDH抗体Abcamab8245
山羊抗兔IgG H&LAbcamab6721
山羊抗小鼠IgG H&LAbcamab6708
TRIzol试剂TaKaRa--
NanoDrop ND-1000分光光度计Thermo Fisher Scientific--
PrimeScript逆转录试剂盒TaKaRa--
SYBR Premix Ex Taq试剂盒TaKaRa--
ABI 7500实时荧光定量PCR仪Applied Biosystems--
RIPA裂解液Thermo Fisher Scientific--
BCA试剂盒Beyotime--
增强化学发光试剂Thermo Fisher Scientific--
ChemiDoc XRS+凝胶成像系统Bio-Rad--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
数据收集与处理
数据来源(TCGA和GEO),样本类型(肺癌和癌旁),数据标准化方法(log2-FPKM),批次效应校正(sva包)
阅读提示:Materials and methods: Data collection and differential expression analysis of FRGs
预后模型构建
LASSO回归最优λ值(0.038624),纳入基因数(8),单因素Cox筛选标准,多因素Cox系数
阅读提示:Materials and methods: Establishment and verification of FRGs prognostic model; Results: Construction of prognostic risk scores
诊断模型构建
LASSO回归最优λ值(0.001985151),纳入基因数(18),训练验证划分比例(7:3)
阅读提示:Materials and methods: Establishment and verification of FRGs prognostic model; Results: Establishment and validation of diagnostic model
免疫浸润分析
CIBERSORT和TIMER算法参数,免疫细胞类型比较的统计方法(Mann-Whitney检验,BH校正)
阅读提示:Materials and methods: Analysis of immune infiltration; Results: TIME comparison
表达验证
临床样本配对情况(30对),细胞系(BEAS-2B、A549等),IHC、Western blot和RT-qPCR的具体条件(抗体浓度、样本量n=3)
阅读提示:Materials and methods: Clinical tissues and cells, IHC, RT-qPCR, Western blotting; Results: Expression validation