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单基因泛癌7+生信发文!可复现性极强!你值得拥有的生信分析!

单基因泛癌 管理员 376℃ 0评论
单基因泛癌7+生信发文!可复现性极强!你值得拥有的生信分析!插图

今天给同学们分享一篇关于单基因纯生信的文章“Systematic Pan-Cancer Analysis Identifies TREM2 as an Immunological and Prognostic Biomarker”,这篇文章于今年1月份发表在FRONTIERS IN IMMUNOLOGY 杂志上,影响因子IF=7.561。文章作者基于单基因TREM2与免疫浸润及影响患者预后的相关性研究。

单基因泛癌分析是比较热门及容易发表的思路,即可以尝试纯生信,也可以很方便的补充点实验,逻辑是最为合理的,而且十分适合作为申请基金的前期基础。本团队认为比较容易发表的单基因(绝对潜力股)一般需要符合下面的一些特性(The more, the better):

1.该基因在多个癌种中表达升高

2.该基因在多个癌肿中高表达的患者预后较差

3.该基因在多个癌肿中与肿瘤分期呈正相关的关系

4.在其中一类或者多个癌肿中与某些类别的免疫细胞具有相关性

5.在其中一类或者多个癌肿中与某些免疫调节基因具有相关性

6.在多个癌肿的通路分析结果较为集中,或者与明星通路相关

7.目前对该基因的研究不多,具有创新性

Systematic Pan-Cancer Analysis Identifies TREM2 as an Immunological and Prognostic Biomarker

泛癌分析表明TREM2是一种免疫和预后生物标志物

结果解读

1.肿瘤组织和正常组织中TREM2的差异表达

作者使用GTEx数据集分析了不同组织中TREM2基因的生理表达水平(图1A)。TREM2在肺组织中表达水平最高,而在大多数其他正常组织下表达较低水平。(图1B)显示了来自CCLE数据的不同细胞系中TREM2的相对表达水平。在大多数正常细胞中,TREM2表达水平相对较低(p<0.001),与GTEx数据分析结果一致。接下来,作者分析了各种癌症中TREM2的表达水平,并将其从低到高排列(图1C)。所有肿瘤均表达TREM2,以多形性胶质母细胞瘤(GBM)最高,LAML最低。基于TCGA数据,作者还比较了33种癌症和匹配正常样本中TREM2的表达水平(图1D)。

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图1.TREM2的差异表达

除无正常组织数据的肿瘤外,18种肿瘤组织中TREM2的表达与正常组织有显著性差异。其中TREM2在HNSC、COAD、子宫内膜体癌、LIHC、胆管癌(CHOL)、胃腺癌(STAD)、前列腺癌(PRAD)、肾透明细胞癌(KIRC)、膀胱尿路上皮癌(BLCA)、乳腺浸润癌(BRCA)、肾乳头状细胞癌(KIRP)中高表达,而在CESC、甲状腺癌(THCA)、KICH、GBM和食管癌(ESCA)低表达。相比之下,在LUSC和LUAD中,相对于正常组织,肿瘤中TREM2水平下调。值得注意的是,癌组织和正常组织中TREM2表达的最大差异是KIRP和KIRC;然而,直肠腺癌(READ)和非肿瘤组织中TREM2水平无显著差异。有些癌症只有很少的正常样本(例如,在肉瘤(SARC)数据集中只有两个正常组织样本的数据),差异并不显著,可能是因为样本数量较少。此外,为了在蛋白质水平上评估TREM2的表达,作者分析了HPA数据库提供的IHC结果,并将结果与TCGA提供的TREM2基因表达数据进行了比较。如图2A-G所示,这两个数据库的数据分析结果相互一致。正常肝、结肠、骨骼肌和乳腺组织有中度TREM2-IHC染色,而肿瘤组织有较强的染色。正常宫颈组织TREM2染色弱,肿瘤组织染色中等。相反,正常肺组织有中度的TREM2染色,而LUSC和LUAD有弱或无TREM2染色。

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图2.正常组织和肿瘤组织中TREM2基因表达的比较(左)以及正常组织(中)和肿瘤组织(右)的免疫组化图像

2.TREM2在癌症中的预后价值

为了研究TREM2表达水平与预后之间的关系,作者对每种癌症进行了生存分析,包括OS、DSS、DFI和PFI。Cox比例风险模型分析显示,TREM2表达水平与CESC、淋巴肿瘤弥漫性大B细胞淋巴瘤(DLBC)、KIRC、KIRP、脑低级别胶质瘤(LGG)、LIHC、LUAD、皮肤黑色素瘤(SKCM)的OS(图3A)相关。此外,TREM2在KIRC、LGG和LIHC中是一个高风险基因,而在其他类型的癌症,特别是DBLC中是一个低风险基因。Kaplan-Meier生存率分析也表明,在CESC患者中(图3D),DLBC(图3E),LUAD(图3H),THCA(图3I)和SKCM(图3G),TREM2水平高的患者生存时间较长,而LGG患者(图3B),LIHC(图3C)和KIRC(图3F),TREM2高表达与OS差相关。

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图3.TREM2表达与总生存时间(OS)的关系

此外,DSS数据分析显示(图4A),在CESC、KIRP和患者中,TREM2低表达与不良预后相关;然而,在LGG和LIHC患者中,TREM2表达与预后呈相反关系。Kaplan-Meier生存分析显示,CESC患者中TREM2表达水平与不良预后之间存在相关性(图4B)。在THCA(图4C)和LGG(图4D)中,在任何类型的癌症中都没有检测到TREM2表达和DFI之间的相关性(图4E);然而,在KIRP、CESC(图4G)和PCPG(图4H)中通过KM生存分析检测到显著的相关性(图4F)。关于TREM2表达与PFI之间的关联,森林图显示LGG(p<0.001)和PRAD(p<0.001)中高表达与低PFI之间存在关联,而CESC和DLBC患者中低表达与低PFI相关(图5A)。KM分析显示,患有CESC的个体(图5B)和DLBC(图5E)和高水平的TREM2表达有较长的生存时间,而LGG患者(图5C)和PRAD(图5D)和高表达TREM2的患者PFI较差。

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图4.TREM2表达水平与疾病特异性生存期和无病间隔期之间的关系

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图5.TREM2表达与无进展间期的关系

3.不同肿瘤中TREM2表达与临床表型的关系

接下来,作者检测了每种肿瘤类型患者不同年龄的TREM2的差异表达,发现年龄≥65岁在LUAD(图6B;p=0.036),BRCA(图6C;p=0.0036),PRAD(图6D;p=0.0006),SARC(图6E;p=0.015)和胸腺瘤(胸腺)(图6F;p=0.035)有较高的表达水平,而CHOL<65岁的患者有较高的TREM2表达水平(图6A;p=0.0032)。在其他癌症患者中未检测到年龄和TREM2表达之间的显著相关性。

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图6.TREM2在各种肿瘤中的表达与年龄的关系

作者还分析了肿瘤分期的相关性,发现TREM2在13种癌症中的表达与肿瘤分期显著相关。值得注意的是,TREM2表达的大部分显著差异发生在I期和II期肿瘤之间(图7)。如图7所示,TREM2表达从I期增加到II期,KICH患者除外(图7C)。虽然I期和II期肿瘤之间的差异是显著的,但高阶段肿瘤之间的差异相对较小,在大多数类型的癌症中没有统计学意义。

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图7.在各种肿瘤中TREM2表达与肿瘤分期的关系

4.TREM2表达与肿瘤突变负荷、肿瘤微卫星不稳定性和错配修复基因相关性

随后作者研究了TREM2表达水平与TMB和MSI之间是否存在相关性,这两者都与免疫检查点抑制剂的敏感性有着本质的联系。因此,作者研究了MMR基因(包括MLH1、MSH2、MSH6、PMS2和EPCAM)水平与TREM2水平之间的关系。结果表明,在12种肿瘤中,TREM2的表达与TMB有关(图8A)。在另外12种肿瘤中,包括结直肠癌、肺癌、胃癌和淋巴瘤,TREM2的表达与MSI有关(图8B)。图8C说明了TREM2表达水平与MMR基因表达水平之间的相关性。在大多数肿瘤中,除LIHC外,MMR基因表达与TREM2水平显著负相关。

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图8.TREM2表达与肿瘤突变负荷(TMB)、微卫星不稳定性(MSI)和错配修复(MMR)的关系

5.TREM2表达与肿瘤微环境的关系

越来越多的报道表明肿瘤免疫微环境在肿瘤发生发展中起着至关重要的作用。因此,进一步探讨TME与TREM2表达之间的泛癌关系具有重要意义。采用Estimate法计算33种肿瘤的基质细胞和免疫细胞评分,并分析TREM2表达水平与这两种评分之间的关系。作者的结果显示,在DLBC、LAML和胸腺中,TREM2的表达与免疫评分以及泛癌分析中的基质评分显著正相关,但在CHOL、DLBC、MESO和LAML中除外。相关系数最高的五个肿瘤如图9所示。

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图9.TREM2表达与肿瘤微环境相关系数最高的五个肿瘤

6.TREM2表达水平与肿瘤免疫细胞浸润的关系

接下来作者检测了TREM2表达水平和26个免疫相关细胞浸润水平之间的关系。TRAM2表达水平与肿瘤浸润T细胞不同亚群之间存在着不同的相关性。TRAM2表达与浸润CD4记忆T细胞(LUSC除外)水平、浸润CD4天真T细胞和滤泡辅助T细胞水平呈负相关;但与浸润性CD8和调节性T细胞(Tregs)水平呈正相关。图10显示了各类型免疫细胞浸润程度与TRAM2表达之间相关系数最高的肿瘤。

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图10.不同免疫细胞TREM2表达与肿瘤浸润的关系

此外,作者还进行了基因共表达分析,以探讨33例肿瘤中TREM2表达与免疫相关基因的关系。所分析的基因编码MHC、免疫活化、免疫抑制、趋化因子和趋化因子受体蛋白。得到的热图表明,几乎所有免疫相关基因都与TREM2共表达(图11),除DLBC和LAML外,大多数与TREM2呈正相关(p<0.05)。

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图11.TREM2与免疫相关基因的共表达

7.TREM2基因表达与DNA甲基化的关系

作者使用cBioPortal数据集计算了TREM2启动子甲基化之间的相关性水平,并在20个肿瘤中确定了基因表达和甲基化之间的显著相关性。在STAD、LUAD、LUSC和TGGT中,TREM2表达与启动子甲基化水平呈负相关。图12A显示了五个最强的正相关(LGG、GBM、UVM、KICH和MESO)和一个负相关(LUSC)。此外,作者还进行了Kaplan  Meier生存分析,以研究TREM2启动子甲基化与患者预后的关系。就OS而言,TREM2甲基化水平是间皮瘤、葡萄膜黑色素瘤和肝癌患者的保护因素(图12B)。关于DSS,TREM2甲基化是UVM和KIRP患者的保护因素(图12C),而TREM2甲基化水平仅与KIRP患者的DFI呈正相关(图12D)。此外,对PFI数据的分析显示,在KICH、肾乳头状细胞癌、LGG、中膜和PRAD患者中,TREM2甲基化水平低与预后不良之间存在关联(图12E)。

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图12.TREM2表达与基因启动子甲基化的关系

8.TREM2相关GSVA 和 GSEA分析

为了探讨不同肿瘤组织中TREM2表达的生物学意义,作者进行了GESA和GSVA分析。GO功能注释和KEGG通路分析的结果如图13所示。数据表明TREM2正调控LGG和KICH中的细胞粘附和若干免疫相关功能,包括B/T细胞激活、免疫应答以及免疫调节和信号通路。相反,TREM2被预测为CESC、STAD、KIRP、OV、READ和SKCM中核糖体、RNA结合、snRNA和其他代谢过程的负调节因子(图13A)。在CESC、KICH、KIRP、LGG、READ和SKCM中,TREM2的表达与造血细胞谱系、利什曼原虫感染、趋化因子信号通路以及一些免疫相关通路(包括同种异体排斥反应、B/T细胞受体信号通路、自然杀伤细胞介导的细胞毒性)呈正相关。

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图13.GSEA结果

作者还进行了GSVA以进一步探讨TREM2在上述8种肿瘤中表达的生物学意义。图14显示了与每种肿瘤中TREM2表达显著正相关和负相关的前15条途径。结果表明,TREM2表达与多种免疫细胞相关途径正相关,包括B细胞、CD4 T和CD8 T细胞,以及免疫因子相关途径,如TNF、细胞迁移以及突触修剪。相反,TREM2的表达与细胞周期相关途径和特定代谢途径(如葡萄糖、糖基化)呈负相关。

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图14.GSVA结果

小结

作者首次对TREM2进行的泛癌分析表明,该因子在肿瘤组织和正常组织之间存在差异表达,并揭示了TREM2表达与临床预后和DNA甲基化的相关性。作者的研究结果表明,TREM2可以作为多种肿瘤的独立预后因子,对于不同的肿瘤,其表达水平会带来不同的预后结果,这需要进一步研究TREM2在各种肿瘤中的具体作用。此外,TREM2的表达与TMB、MSI和各种癌症类型的免疫细胞浸润有关。其对肿瘤免疫的影响也因肿瘤类型而异。这些发现可能有助于阐明TREM2在肿瘤发生发展中的作用,为实现精确个性化的免疫治疗提供参考。本团队对单基因泛癌研究具有较为透彻的理解,对单基因泛癌研究感兴趣的同学,欢迎咨询。

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