基于代谢相关基因的多发性骨髓瘤预后模型的构建

基于代谢相关基因的多发性骨髓瘤预后模型的构建

张素芳

陕西省榆林市第一医院719000

摘要：目的：筛选出多发性骨髓瘤（MM）与代谢相关基因之间的差异表达基因，了解其生物学功能，明确关键基因表达水平与MM预后的关系。方法　从公共基因芯片数据库（GEO）中下载MM与代谢相关基因芯片数据集GSE66291和GSE70323，在R软件中用Limma包分别筛选差异表达基因（DEGs）并取交集。利用基因本体（GO）以及京都基因与基因组百科全书（KEGG）信号通路分析对DEGs进行功能和通路注释，使用Sring对交集的DEGs构建蛋白质—蛋白质互作网络（PPI），筛选关键基因，使用Cytohubba插件筛选相关度前20位的关键基因，最后在GSE24080中根据关键基因的表达水平将MM患者分为高表达组及低表达组，比较高低表达组的总体生存率。结果　共获取DEGs389个，120个上调，269个下调。GO分析结果显示：在细胞组分方面主要与细胞膜外区域相关；在生物过程方面，参与白细胞游走、中性粒细胞聚集、体液免疫等；分子功能方面，主要与抗原结合相关。KEGG结果提示DEGs在细胞黏附分子、局灶性黏附等相关通路上富集。筛选出CDH1、CD44等20个关键基因，其中CX⁃CL12、CDH1、RNASE3、LYZ、PPBP、VCAM1、QPCT、PECAM1与MM高表达组MM患者的总体生存率高于低表达组（P均<0.05）。结论新陈代谢相关通路在MM患者发病及预后中具有重要意义，基于8个代谢相关核心基因构建的MM患者风险评估模型，其临床意义尚需进一步的临床研究加以证实。

关键词：代谢相关基因；多发性骨髓瘤；构建

引言

多发性骨髓瘤（MM）是仅次于淋巴瘤的第二大血液系统恶性肿瘤，其特征在于克隆浆细胞的恶性增殖，并伴随有血钙增高、肾功能损害、贫血、骨病以及继发淀粉样变性等典型临床表现。尽管近年来在治疗方面取得了较大的进展，但目前仍无法完全治愈MM。代谢紊乱是肿瘤发生发展中不可或缺的特征之一，因而，代谢及其相应的生物学效应已成为了解肿瘤发生发展和患者潜在的病理生理变化的关键因素。研究表明，细胞代谢与多种信号转导通路密切相关。部分研究证明，代谢相关通路的靶向阻断治疗可作为肿瘤治疗的有效策略之一。

1资料与方法

1.1一般资料

从GEO数据库中输入检索词进行搜索，筛选得到含有MM及代谢相关基因患者基因数据样本量较大的GEO基因芯片数据集GSE66291以及GSE70323。GSE66291数据集平台为GPL19824，包括114例MM患者和72例代谢相关基因患者基因数据样本；GSE70323数据集平台为GPL20614，包括192例MM患者和62例代谢相关基因患者基因数据样本。

1.2方法

在差异表达分析筛选的基础上，采用单因素Cox回归分析筛选与预后相关的代谢相关基因。为避免单因素Cox回归分析获取的基因过度拟合，利用R语言程序包“glmnet”进行LASSO回归分析，本研究模型模拟1000次，使用10折交叉验证，并选择偏似然偏差最小的λ作为最优λ，以确定最优入选基因。随后将其用于构建风险预后模型，患者风险评分为各个基因的表达量×对应基因的回归相关系数的总和。利用风险评分的中位数，可将MM患者分为高风险组与低风险组。

1.3观察指标

DEGs及其生物学功能；关键基因及其与MM预后的关系；

1.4统计学方法

采用GSEAv4.1.0对研究对象采集的数据进行分析处理，计量数据采用(±s)表示；计数资料采用%表示，使用χ2对数据进行校检；P>0.05为差异无统计学意义。

2结果

2.1DEGs及其生物学功能

总共获得了210例MM和57例代谢相关基因患者的基因数据，筛选得到DEGs共389个，其中120个（30.8%）基因表达上调，269个（69.2%）基因表达下调。GO分析结果显示：DEGs参与表达的细胞组分主要与细胞膜外区域相关；在生物过程方面，主要参与白细胞游走、中性粒细胞聚集、体液免疫等；分子功能方面，主要与抗原结合相关。KEGG结果提示DEGs在细胞黏附分子、局灶性黏附等相关通路上富集。

2.2关键基因及其与MM预后的关系

根据MCC算法选出得分前20的基因即为关键基因，分别为LYZ，MMP8，QPCT，CRISP3，MMP9，PPBP，HBB，BPI，RNASE3，MPO，RNASE2，PLAC8，CD44，IT⁃GA6，CDH1，CXCL12，ITGB7，ITGB3，VCAM1，PECAM1。在GSE24080数据集中分析结果表明，CXCL12、CDH1、RNASE3、LYZ、PPBP、VCAM1、QPCT、PECAM1的高表达组（279例）总体生存率分别为75.6%、77.8%、74.2%、75.6%、74.6%、73.8%、76.0%、78.1%，低表达组（280例）总体生存率分别为70.0%、67.9%、71.4%、70.0%、71.1%、71.8%、69.6%、67.5%，高表达组高于低表达组（P均<0.05）。MMP8基因、MMP9、CRISP3、HBB、PLAC8、ITGA6、ITGB3的下调对于MM的总体生存率无显著影响（P均>0.05）。

3讨论

以往多项研究已证实，代谢相关通路，尤其是脂质代谢、能量代谢在MM的发生发展中起重要作用。这也催生出了一些针对代谢信号通路的治疗药物，但包括帕比司他在内的这些药物仅针对部分患者有效，也没有针对代谢基因的MM患者风险预后预测工具。溶血磷脂酰甘油酰基转移酶1（LPGAT1）是一种酰基转移酶，它能催化产生磷脂酰甘油，在维持线粒体功能中起重要作用，研究证实，LPGAT1的功能缺失将导致胆固醇代谢异常。DNA甲基转移酶1（DNMT1）不仅参与DNA复制过程中的基因组DNA甲基化，还在糖代谢中发挥重要作用。综上所述，风险模型基因集提示MM存在严重的代谢失调，并且针对代谢基因靶点开发更多更有效的治疗方法以改善MM患者预后存在一定的理论基础。基因集富集分析显示，在高风险患者组，大量新陈代谢相关信号通路在此富集，如脂质代谢、能量代谢、鸟氨酸循环和蛋白质代谢等。研究证实，脂质代谢水平与MM患者的生存预后密切相关，脂肪细胞产生的细胞因子脂联素可以通过激活PKA/AMPK通路和抑制ACC1活性而显著抑制MM细胞的存活。

结束语

尽管本研究结果提示代谢基因可能对预测骨髓瘤患者的预后具有一定的指导意义，但需要注意的是本研究提出的模型需在更大的患者队列中验证，代谢相关基因及信号通路在MM发病预后中的作用机制有待进一步实验验证。

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