零实验发高分SCI：甲基化与基因表达数据挖掘多组学研究套路

文章来源：企鹅号 - 中科普瑞

编者按

口腔鳞状细胞癌（OSCC）是最常见的头颈部鳞状细胞癌（HNSCC），由于对OSCC的发生、发展、进展、侵袭和转移的理解有限，导致该病的早期诊断大大延迟。因此，鉴定与OSCC相关的重要癌基因或肿瘤抑制基因的分子变化，将有助于改善生存预测和早期治疗。

表观遗传变化是可遗传和可逆的，影响DNA的空间构象及其转录活性。 DNA甲基化变化可能影响基因表达并与各种正反馈机制相互作用。 因此，异常甲基化CpG位点不仅被认为是OSCC 的潜在预后因素，也被认为是其他癌症的潜在预后因素。

陈峰教授研究团队挖掘TCGA和GEO数据库的数据在Clin Epigenetics（IF=6.091）发表了题为“Seven-CpG-based prognostic signature coupled with gene expression predicts survival of oral squamous cell carcinoma”的文章，该研究从多组学（基因甲基化和基因表达）的角度探索口腔鳞状细胞癌的存活率。

一. 研究思路

研究设计流程图

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分析甲基化数据筛选OSCC差异甲基化位点

首先，对32个OSCC的癌组织和癌旁组织进行全基因组甲基化差异分析，发现1490个CpG位点；其次，使用单变量Cox回归分析评估差异甲基化位点与训练集（TCGA数据库的313个OSCC病例）中总生存期的关联，确定了15个CpG位点；然后采用SIS（安全独立筛选）分析进一步筛选出稳定的7个非零系数的CpG位点探针组合。最后使用Cox模型生成的系数，建立甲基化预后评分模型。

构建基于7个CpG的分类器

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甲基化对OSCC预后作用的分析

在训练集中，用预后评分阈值0.02将病例分为高、低风险组，较高预后分值和较低的生存期显著相关联（HR = 3.23; 95% CI 2.18–4.77; P = 5.52 × 10-10）。预后评分阈值0.02能将病例分为低危组和高危组在验证集1（GSE52793）和2（GSE75537）中也得到成功验证。评估甲基化预后评分公式在5年生存期的预测能力：训练集、验证集1和验证集2的AUCs分别为0.76、0.67、0.66。

预后特征和OSCC患者存活率

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甲基化预后评分模型的敏感性评价

合并训练集和验证集2的病例，采用多元线性回归对病例的年龄、性别、阶段、吸烟状况和疾病等级进行整理分析。发现甲基化预后分值与HPV 状态无关（β = −0.01; 95% CI −0.23–0.20; P = 0.898）。合并训练集和验证集病例后，甲基化预后评分和OS显著相关（log-rank P = 2.74 × 10-10）。根据临床特征进行分层分析，甲基化预后的低危组和高危组之间的OS仍存在显著差异性。

小组和分层分析基于7个CpG的特征

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CpG甲基化、基因表达及预后之间的关系

基因表达与甲基化的关系

使用中介效应分析方法（VanderWeele’s mediation analysis）分析甲基化、mRNA表达和OS之间潜在的中介效应，其中mRNA表达为中介变量。结果得到基因的mRNA表达可显著调节对应基因甲基化的预后效应（HR indirect = 1.08; 95% CI 1.02–1.15; P = 0.008; proportion mediated, 11.27%）。分别排除每个基因，也发现mRNA表达具有显著的中介效应。

通过mRNA表达进行甲基化预后特征的中介分析

二. 文章亮点

1. 该研究综合基因甲基化、基因表达、临床信息来分析OSCC的预后，并且在多个数据集中进行了验证，多组学模型比单个基因甲基化或基因表达预后模型更具有适用性和意义。

2. 文章中数据分析包括多元线性回归、安全独立筛选（SIS）、中介效应分析（VanderWeele’s mediation analysis）等。

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