基于糖酵解相关基因的肺腺癌预后模型构建及验证

摘要

目的：肺腺癌(lung adenocarcinoma,LUAD)是肺癌中最常见的组织学亚型，早期症状隐匿，多数患者确诊时已是晚期，5年生存率较低。糖酵解作为肿瘤细胞代谢重编程的核心特征，在LUAD发生、发展中发挥关键作用。本研究旨在基于糖酵解相关基因构建LUAD预后风险评估模型，并验证模型的准确性，为LUAD患者的预后评估提供参考依据。方法：从癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas,TCGA)数据库下载LUAD患者的基因表达谱和临床资料，根据纳排标准共筛选出490例患者，按7：3的比例随机分为训练集和验证集，并从GSE72094中收集398例患者作为外部测试集。在训练集中，通过单因素Cox回归分析筛选与LUAD生存预后显著相关的基因，采用最小绝对收缩与选择算子(least absolute shrinkage and selection operating,LASSO)回归去除共线性基因，通过多因素Cox回归分析构建预后模型，以风险评分中位数将患者分为低风险组和高风险组。在训练集、验证集、TCGA全集和GSE72094测试集中分别绘制Kaplan-Meier曲线、受试者操作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线以评估模型的预测能力。检索已发表的8个LUAD预后模型，通过Harrell一致性指数(C-index)及ROC曲线对比模型效能。基于多因素Cox回归结果构建列线图以评估模型的临床预测价值。采用基因本体论(Gene Ontology,GO)和京都基因和基因组数据库(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)富集分析探究风险模型中关键基因的分子和生物学功能，并通过实时反转录聚合酶链反应(real-time reverse transcription PCR,real-time RT-PCR)验证关键基因的表达情况。结果：本研究成功构建了由AKR1A1、ANGPTL4、HMMR、MIF、B4GALT1、GMPPB、NT5E和B4GALT4组成的糖酵解相关基因模型，该模型在训练集、验证集、TCGA全集和GSE72094测试集中均表现优异。Kaplan-Meier分析显示，高风险组患者的预后较低风险组差(均P<0.05)，风险评分是独立的预后危险因素，并且风险评分的预测性能优于其他临床病理特征。ROC曲线显示该风险模型有较好的预测效能，模型效能优于已发表的8个模型。成功构建的列线图模型可用于患者个体化预后评估。GO分析表明模型相关基因主要参与细胞周期、DNA复制、代谢过程调控；KEGG分析表明高风险组富集细胞周期、DNA复制、p53信号通路等促癌通路。Real-time RT-PCR证实，与HBE细胞相比，PC9细胞中B4GALT1、HMMR、MIF、NT5E、B4GALT4表达上调，而AKR1A1、GMPPB、ANGPTL4表达下调(均P<0.05)。结论：本研究构建并验证了一个包含8个糖酵解相关基因的预后模型，该模型具有良好的预测效能，可为LUAD的治疗及预后评估提供潜在依据。

关键词

糖酵解 / 肺腺癌 / 预后模型 / 生物标志物 / 风险评分