子宫内膜癌中葡萄糖代谢相关基因特征的识别与验证

Identification and validation of glucose metabolism-related gene signature in endometrial cancer.

作者信息Juan Jiang, Nan Xia, Mei Yang, Ping Qiu, Wei Zhu, Jing Chen, Jiamei Zhu
PMID39773448
发布时间2025-01-07
DOI10.1186/s12885-024-13418-9

实验完整度

高

包含TCGA/GEO数据挖掘、临床样本RT-qPCR和IHC验证、体外细胞功能实验(CCK-8、Transwell、糖代谢检测)等多层级验证。

主要模型

TCGA-EC数据集(554个EC样本和35个正常样本) GSE173682单细胞数据集 24对EC组织和癌旁组织 子宫内膜癌细胞系(Ishikawa、AN3CA、HEC-1A、KLE)及正常子宫内膜上皮细胞(EEC)

重点核对

TCGA-EC数据集包含554个EC样本和35个正常样本,临床信息包含544个EC样本。 RT-qPCR验证使用24对EC组织和癌旁组织,每个样本4个复孔,实验重复3次。 SLC38A3敲低使用Ishikawa细胞,siRNA序列si#2和si#3;过表达使用EEC细胞,pcDNA3.1(+)质粒。 CCK-8实验:转染后24小时,每孔约2000细胞,培养72小时,在0、24、48、72小时检测。 Transwell实验:转染后24小时,3×10^5细胞置于8 μm孔径小室,培养24小时,每孔至少计数5个视野。

摘要

背景 与葡萄糖代谢相关的代谢综合征在肿瘤发生中起关键作用,可能增加子宫内膜癌(EC)的风险。本研究旨在建立与EC相关的葡萄糖代谢相关基因(GMRG)特征。 方法 对TCGA-EC数据集中的EC和正常样本进行差异分析,以识别差异表达基因(DEGs)。然后将这些DEGs与GMRGs取交集,得到葡萄糖代谢相关的DEGs(GMR-DEGs)。通过最小绝对收缩和选择算子(LASSO)回归和单变量Cox分析,开发了EC的预后特征。此外,在两个不同的风险亚组中评估了免疫谱和免疫治疗反应性,并对预后基因进行了单细胞分析。使用逆转录定量PCR(RT-qPCR)和免疫组织化学(IHC)在临床样本中定量了这些预后基因在转录和翻译阶段的表达水平。此外,通过体外实验探讨了关键基因的功能意义。 结果 在EC和正常组之间鉴定出2,912个DEGs和202个GMR-DEGs。随后,获得了六个预后基因,包括ASRGL1、SLC38A3、SLC2A1、ALDH1B1、GAD1和GLYATL1。根据这六个基因将EC患者分为高风险和低风险亚组。独立预后分析表明,风险评分和疾病分期是显著的独立预后因素。单细胞分析显示,这六个预后基因在纤毛细胞和上皮细胞中高表达。高风险组的免疫细胞浸润普遍较低,而肿瘤纯度较高。RT-qPCR显示SLC38A3、SLC2A1和ASRGL1在肿瘤样本中表达较高,IHC证实SLC38A3表达增加。最后,体外实验结果表明SLC38A3可能在EC中作为癌基因发挥作用。 结论 在本研究中,我们基于糖酵解开发了EC中六个新的预后基因,并建立了相应的预后模型。值得注意的是,我们确定了SLC38A3为关键基因,这为进一步研究EC提供了宝贵的见解。

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
本研究旨在鉴定与子宫内膜癌预后相关的葡萄糖代谢相关基因,并探讨关键基因SLC38A3在EC中的生物学功能。
核心机制
SLC38A3通过促进糖酵解(增加葡萄糖摄取、乳酸产生和ATP生成)来促进EC细胞的增殖和迁移。
主要证据
基于TCGA数据鉴定6个预后基因并构建风险模型;临床样本RT-qPCR显示SLC38A3、SLC2A1、ASRGL1表达上调,IHC证实SLC38A3在EC组织中高表达且与晚期相关;体外实验(CCK-8、Transwell、糖代谢检测)证明SLC38A3敲低抑制细胞增殖、迁移和糖酵解,过表达则相反。
研究意义
该研究为EC的预后评估提供了新的基因特征,并提示SLC38A3可能作为治疗靶点,为EC的代谢机制和免疫治疗策略的进一步研究奠定基础。

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

差异表达基因筛选

鉴定EC与正常组织之间的差异表达基因。

使用TCGA-EC数据集,通过DESeq2包进行差异分析,设置adjusted p-value < 0.05和|log2FC| > 1.5,得到DEGs。

2

预后模型构建与验证

确定与EC预后相关的基因并构建风险模型。

对候选基因进行单变量Cox回归和LASSO回归分析,得到6个预后基因,构建风险评分模型,并在训练集和验证集中进行生存分析和ROC曲线评估。

3

单细胞分析

分析预后基因在EC组织中的细胞类型特异性表达。

对GSE173682数据集进行质量控制、聚类分析、细胞通讯和伪时间轨迹分析。

4

临床样本表达验证

验证候选基因在EC组织和正常组织中的表达水平。

使用RT-qPCR检测6个候选基因的表达,并使用IHC验证4个基因(SLC38A3、ALDH1B1、GAD1、GLYATL1)的蛋白表达。

5

SLC38A3功能实验

探讨SLC38A3在EC细胞中的生物学功能。

在Ishikawa细胞中敲低SLC38A3,在EEC细胞中过表达SLC38A3,检测细胞增殖、迁移、葡萄糖摄取、乳酸产生和ATP生成。

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
组织/细胞提取试剂盒TIANGEN--
逆转录试剂盒TaKaRa--
PrimeScript RT试剂盒(含gDNA Eraser)TaKaRa--
引物Sangon Biotech--
抗SLC38A3抗体Proteintech14315-1-AP
抗GAD1抗体Proteintech10408-1-AP
抗ALDH1B1抗体Proteintech15560-1-AP
抗GLYATL1抗体Proteintech15717-1-AP
二抗ServicebioG1213
胎牛血清Gibco--
链霉素-青霉素Beyotime--
DMEM培养基Wuhan Pricella Biotechnology Co. Ltd--
McCoy's 5A培养基Wuhan Pricella Biotechnology Co. Ltd--
MEM培养基Wuhan Pricella Biotechnology Co. Ltd--
RIPA裂解液----
BCA蛋白定量试剂盒Beyotime--
PVDF膜----
抗SLC38A3抗体----
抗β-肌动蛋白抗体----
ECL试剂盒New cell & Molecular Biotech Co., Ltd.--
ChemiDoc XRSVectorTM系统Bio-Rad--
siRNA-Mate Plus转染试剂----
pCDNA3.1(+)质粒----
siRNAShanghai GenePharma Co., Ltd.--
SLC38A3过表达质粒Shanghai GenePharma Co., Ltd.--
CCK-8试剂Beyotime--
Transwell小室NEST--
结晶紫Beyotime--
2-NBDG葡萄糖摄取细胞检测试剂盒Elabscience--
L-乳酸比色检测试剂盒Elabscience--
ATP化学发光检测试剂盒Elabscience--

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
临床样本收集
样本类型:EC组织和癌旁组织;样本量:24对;收集时间:2023年4月至2024年5月;患者术前未接受放化疗
阅读提示:Materials and methods, EC tissues
RT-qPCR验证
内参基因:β-actin;每个样本4个复孔,实验重复3次;引物序列见补充表1
阅读提示:Materials and methods, Reverse transcription quantitative PCR (RT-qPCR); Figure 9a
免疫组化验证
抗体:SLC38A3 (1:100, Cat#14315-1-AP), GAD1 (1:100, Cat#10408-1-AP), ALDH1B1 (1:100, Cat#15560-1-AP), GLYATL1 (1:100, Cat#15717-1-AP); 二抗稀释度1:200 (G1213)
阅读提示:Materials and methods, Immunohistochemistry (IHC)
细胞培养
细胞系:Ishikawa, AN3CA, HEC-1A, KLE, EEC; 培养基:DMEM, McCoy's 5A, MEM;添加10% FBS和1% 双抗;培养条件:37°C, 5% CO2
阅读提示:Materials and methods, Cell lines and cell culture
SLC38A3功能实验
敲低:siRNA (si#2, si#3)转染Ishikawa细胞;过表达:pcDNA3.1(+)-SLC38A3转染EEC细胞;CCK-8:2000细胞/孔,检测0-72h;Transwell:3×10^5细胞/孔, 8μm孔径,培养24h
阅读提示:Materials and methods, Cell transfection, CCK-8 assay, Transwell assay; Figure 10
糖代谢检测
葡萄糖摄取:2-NBDG试剂盒;乳酸:L-乳酸比色试剂盒;ATP:ATP化学发光试剂盒
阅读提示:Materials and methods, Glucose uptake, lactate production, and ATP measurement