基于TCGA和GEO数据集的胰腺腺癌和肝细胞癌糖酵解相关通路鉴定

Identification of glycolysis related pathways in pancreatic adenocarcinoma and liver hepatocellular carcinoma based on TCGA and GEO datasets.

作者信息Ji Li, Chen Zhu, Peipei Yue, Tianyu Zheng, Yan Li, Biao Wang, Xin Meng, Yao Zhang
PMID33607990
发布时间2021-02-19
DOI10.1186/s12935-021-01809-y

实验完整度

包含多组学生物信息学分析(GSVA、生存分析、GSEA、列线图)及体外细胞实验(qPCR、Western blot、抑制剂处理),但缺乏体内动物模型和患者样本验证。

主要模型

BxPC-3细胞系(人胰腺腺癌细胞) Huh7细胞系(人肝细胞癌细胞) TCGA和GEO数据集(PAAD和LIHC患者样本)

重点核对

糖酵解代谢评分基于GSVA计算,基因集来源需核对MSigDB具体基因集 PAAD和LIHC患者分组依据糖酵解GSVA评分中位数 STAT3抑制剂C188-9浓度(20 µM和50 µM)及处理时间(6h) YAP1抑制剂verteporfin浓度(1 µM和2 µM)及处理时间(6h) 2-DG和pyruvate处理浓度及时间在补充材料中需核对

摘要

背景:异常能量代谢是肿瘤细胞的特征之一,也是近年来的研究热点。由于消化系统结构复杂,肿瘤发生频率相对较高。我们的目的是阐明能量代谢在消化系统肿瘤中的预后意义及其潜在机制。方法:使用基因集变异分析(GSVA)R包建立代谢评分,并用该评分代表代谢水平。利用癌症基因组图谱(TCGA)和基因表达综合(GEO)数据库探讨消化系统肿瘤代谢与预后的关系。火山图和基因本体论(GO)分析用于显示不同糖酵解水平之间的差异基因和不同功能富集,GSEA用于分析通路富集。基于基因特征和临床参数,使用R包构建列线图。采用qPCR和Western Blot分析基因表达。所有统计分析均使用SPSS、GraphPad Prism 7和R软件进行。所有验证实验均独立进行三次。结果:高糖酵解代谢评分与胰腺腺癌(PAAD)和肝细胞癌(LIHC)的不良预后显著相关。STAT3(信号转导与转录激活因子3)和YAP1(Yes1相关转录调节因子)通路分别是PAAD和LIHC中糖酵解调节最关键的信号通路。有趣的是,升高的糖酵解水平也能分别增强PAAD和LIHC细胞中STAT3和YAP1的活性,形成正反馈回路。结论:我们的结果可能为糖酵解代谢在消化系统肿瘤中的不可或缺作用提供新的见解,并为未来的代谢-信号靶点联合治疗指明方向。

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
糖酵解代谢在消化系统肿瘤中的预后意义及其与关键信号通路的关系是什么?
核心机制
在PAAD和LIHC中,糖酵解代谢分别与STAT3和YAP1通路形成正反馈环:高糖酵解水平增强STAT3和YAP1活性,反之抑制这些通路可降低糖酵解。
主要证据
基于TCGA和GEO数据集的生存分析显示高糖酵解评分与不良预后相关;细胞实验表明STAT3抑制剂C188-9和YAP1抑制剂verteporfin降低糖酵解相关基因表达、葡萄糖摄取和乳酸产生,而2-DG和pyruvate处理分别降低或增强通路活性。
研究意义
研究为糖酵解代谢在消化系统肿瘤中的重要作用提供新见解,可能指导未来的代谢-信号靶点联合治疗。

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

基于TCGA和GEO数据集的代谢评分构建与预后分析

评估消化系统肿瘤中不同代谢类型(糖酵解、脂肪酸、谷氨酰胺)的预后价值

从TCGA下载四种消化系统肿瘤数据,从MSigDB获取代谢基因集,使用GSVA计算代谢评分,按中位数分组,进行Kaplan-Meier生存分析,并在GEO验证集验证。

2

糖酵解相关信号的病理特征关联性分析

探索糖酵解状态与临床病理特征及独立预后因素的关系

分析糖酵解评分与年龄、性别、分级的关系,进行单因素和多因素Cox回归分析。

3

构建列线图预测生存

建立临床可用的生存预测模型

结合糖酵解风险评分和独立预后因素使用'rms'包构建列线图,并绘制校准图验证预测准确性。

4

差异表达基因的功能注释与通路富集分析

揭示与糖酵解代谢相关的生物学功能和信号通路

基于糖酵解评分分组,使用limma包识别差异表达基因,进行火山图和GO分析,并使用GSEA软件识别富集通路。

5

体外验证通路抑制剂对糖酵解的影响

验证STAT3和YAP1通路对糖酵解的直接调控作用

在BxPC-3细胞中用STAT3抑制剂C188-9处理,在Huh7细胞中用YAP1抑制剂verteporfin或siYAP处理,检测糖酵解相关基因表达、葡萄糖摄取和乳酸产生。

6

体外验证糖酵解水平对通路活性的影响

探究糖酵解水平是否能反向调节STAT3和YAP1通路活性

用2-DG抑制糖酵解或用pyruvate模拟糖酵解处理BxPC-3和Huh7细胞,检测通路蛋白磷酸化水平及下游靶基因表达。

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
RPMI 1640培养基Gibco--
改良Eagle培养基Gibco--
青霉素Gibco--
链霉素Gibco--
胎牛血清Procell--
TRIzol试剂Takara--
PrimeScript RT试剂盒Takara--
ChamQ通用SYBR qPCR预混液Vazyme--
LightCycler 480实时荧光定量PCR仪----
RIPA裂解液----
BCA蛋白定量试剂盒Solarbio--
PVDF膜Millipore--
脱脂奶粉BD--
YAP1抗体Cell Signaling Technology14074
磷酸化YAP1 (Ser127)抗体Cell Signaling Technology13008
HK2抗体Cell Signaling Technology2867
PKM2抗体Cell Signaling Technology4053
STAT3抗体WanleibioWL01836
磷酸化STAT3(Ser727)抗体WanleibioWLP2412
VEGFA抗体Proteintech66828
β-肌动蛋白抗体Proteintech60008-1-Ig
二抗CST--
ECL Western blot检测试剂盒Wanleibio--
C188-9(STAT3抑制剂)MCEHY-112288
维替泊芬(YAP1抑制剂)MCEHY-B0146
二甲基亚砜(DMSO)----
2-脱氧葡萄糖SigmaD8375
高灵敏度糖酵解检测试剂盒SigmaMAK181
乳酸检测试剂盒SigmaMAK065

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
数据下载与处理
TCGA和GEO数据集的版本、样本筛选标准、代谢基因集的来源和具体基因列表
阅读提示:参见Methods部分'Data source'和'GSVA score construction'
细胞培养
BxPC-3和Huh7细胞的来源、培养条件(培养基、抗生素、血清浓度、CO2浓度、温度)
阅读提示:参见Methods部分'Cell culture'
通路抑制剂处理
C188-9和verteporfin的浓度、处理时间、溶剂(DMSO)
阅读提示:参见Methods部分'Pathway inhibitors'
糖酵解干预
2-DG和pyruvate的浓度、处理时间
阅读提示:参见Methods部分'Intervention of glycolysis'
qPCR和Western blot
内参基因(18S)、抗体稀释比例、蛋白上样量、检测条件
阅读提示:参见Methods部分'RNA extraction and quantitative PCR (qPCR)'和'Western blotting'