一个循环miRNA-Based评分系统建立了WGCNA预测结肠癌

文摘

介绍。循环小分子核糖核酸(microrna)执行多种癌症的潜在诊断生物标记。本研究的目的是确定循环microrna在结肠癌诊断的生物标志物。方法。我们进行了加权基因coexpression网络分析(WGCNA) microrna的表达模式中循环microrna通过使用一个“WGCNA”包r .相关性分析发现癌症相关的模块。差异表达microrna在结肠癌(DEmiRs)由“limma”包r .中心进行基因分析这些DEmiRs癌症相关模块的“亲密”方法cytoscape软件。然后,逻辑回归进行识别的独立危险因素,和一个评分系统构建了基于这些独立的危险因素。然后,我们使用地理数据库的数据来证实这个评分系统的可靠性。结果。总共有9个独立coexpression模块构建基于WGCNA 848种microrna的表达水平。相关分析后,绿色( , )和黄色( , )模块有紧密的关联与癌症的发展。20个枢纽中心后基因被发现在这些DEmiRs cytoscape基因分析。在所有这些中心基因,hsa-miR-23a-3p ( , )和hsa - mir - 663 a ( , )被确定为一个独立的危险因素多元回归的结肠癌。此外,评分系统是建立预测结肠癌的概率是基于这两种microrna,曲线下的面积(AUC)为0.828。数据从GSE106817 GSE112264是用来证实这个评分系统。和他们的AUC是0.980和0.917,分别。结论。我们建立了一个评分系统基于流通枢纽microrna发现WGCNA预测结肠癌的发展。

1。介绍

结肠癌的发病率近年来持续增长。根据大规模流行病学研究(1,2结肠癌),已成为一个重大疾病威胁病人的健康。研究人员预测,在2019年、145600年新结肠癌诊断和51020人将死于这种疾病1]。结肠癌的发展在不知不觉中,这意味着它不会轻易表现出特定的症状,直到变成极晚期阶段。这将给病人造成不可挽回的影响。筛查方法,能找到的结肠癌患者从人口很重要。

虽然指南(3,4)强调非侵入性工具的重要性来筛选结肠癌,筛选结肠癌仍然依赖于结肠镜检查对高危人群来说,这将是很难在中国推广,因为痛苦和可怜的合规的病人。此外,传统的肿瘤生物标志物([5],p。,1),such as CEA, were characterized by poor sensitivity and specificity, which may lead to missed diagnosis and waste of medical resources. The establishment of a sensitive and specific serological screening method is particularly important to improve the detection rate of colon cancer.

先前的研究[6- - - - - -11)显示,许多种类的microrna在肿瘤发生中发挥至关重要的作用。在多种biofluids microrna能找到,如血液和尿液(12]。所以,会有一个潜在的方法发展循环microrna微创癌症生物标记。

WGCNA方法来分析基因表达模式在多个样本。相似的基因表达模式将聚集和关联模块和具体特征或表型可以计算。因此,WGCNA [13)广泛用于癌症研究的研究。在这项研究中,WGCNA-based方法被用来识别基因模块与结肠癌的发展,和最具代表性的microrna被确定为循环标记帮助筛选结肠癌。

2。材料和方法

2.1。加权基因Coexpression网络分析

我们进行了加权基因coexpression网络分析在microrna的表达模式循环microrna通过使用一个“WGCNA”包(14]在r数据来自GSE61741 [15在基因表达数据库综合(GEO)。microrna与类似的表达式模式被认为是一个特定的模块和通过一个独特的颜色标记。这些模块之间的相关性计算,热图进行展示这些模块之间的独立性。然后,执行相关分析发现癌症相关的模块。模块与癌症有关发展选择进行进一步分析。

2.2。中心基因选择

差异表达microrna在结肠癌是由“limma”[16包在r .中心进行基因分析这些DEmiRs cytoscape亲密癌症相关模块的方法(17)软件。miRNA-miRNA交互图进行可视化这些循环microrna之间的关系。

2.3。评分系统建立

逻辑回归进行识别的独立危险因素,和评分系统构建了基于独立的危险因素。此外,我们通过计算图表可视化这个评分系统使用一个“rms”包在r .接受者操作特征(ROC)曲线进行评估的可靠性评分系统使用“pROC”包18在R。

2.4。外部验证

确认这个评分系统的可靠性,数据从GSE106817 [19]和GSE112264 [20.使用数据库。小提琴的图表进行描述基因表达水平。ROC曲线绘制图表来评估的可靠性评分系统使用“pROC”包18在R。

2.5。统计分析

所有统计分析使用R软件(版本3.5.2;https://www.r-project.org/)。WGCNA由“WGCNA”包(版本1.68)。差异表达microrna是由“limma”包(3.38.3版)。然后,中心基因分析是由亲密方法cytoscape软件(版本3.7.1)。和一个“rms”包(5.1版本-3.1)被用来可视化评分系统。然后,ROC曲线绘制图表使用pROC包(1.15.3版)。被定义为统计意义 。

3所示。结果

3.1。加权基因Coexpression网络分析

123年样本GSE61741集群基于他们的基因表达模式(补充图一个)。然后,总共9 coexpression模块建立了基于848 microrna的表达水平WGCNA(图1(一))。热图进行证明每个基因(补充图之间的独立性B)。相关分析后,绿色( , )和黄色( , )模块有紧密的关联(图与癌症发展1 (b),补充图C)。散点图绘制图表来证明每个基因之间的相关性在模块和癌症发展的数字1 (c)和1 (d))。

3.2。中心基因选择

DEmiRs在这些模块被发现“limma”方案,经过中心基因分析在这些DEmiRs cytoscape亲密软件,20个枢纽基因被确定(表1)。miRNA-miRNA交互网络如图2(一个)和补充图D。

3.3。评分系统建立

hsa-miR-23a-3p(图2 (b))和hsa - mir - 663 a(图2 (c))水平显著增加结肠癌的血,值< 0.0001和0.0388,分别。然后,hsa-miR-23a-3p ( , )和hsa - mir - 663 a ( , )被确定为一个独立的危险因素多元回归的结肠癌。此外,评分系统是建立预测结肠癌的概率基于这两种microrna。曲线下的面积(AUC)评分系统为0.828(图2 (d))。一诺模图进行可视化评分系统(图2 (e))。

3.4。外部验证

数据从GSE112264 GSE106817是用来证实这个评分系统。

GSE112264,共有41个血液样本的健康控制和50结肠癌的血液样本进行了分析。hsa-miR-23a-3p(图3(一个))和hsa - mir - 663 a(图3 (b))水平显著增加结肠癌的血,值均< 0.0001。接收机操作曲线如图所示3 (c),AUC是0.917。在选择一个阈值为0.7,这个评分系统的敏感性为0.97,特异性为0.82。

GSE106817,共有115个血液样本的健康控制和结肠癌的115份血液样本进行了分析。hsa-miR-23a-3p(图3 (d))和hsa - mir - 663 a(图3 (e))水平显著增加结肠癌的血,值均< 0.0001。中华民国如图所示3 (f),AUC是0.980。在选择一个阈值为0.5,这个评分系统的敏感性为0.965,特异性为0.965。

4所示。讨论

结肠癌在不知不觉中发展。筛查方法,能找到的结肠癌患者从人口很重要。虽然指南(3强调非侵入性工具的重要性,如粪便免疫化学测试(21- - - - - -24),高灵敏度guaiac-based粪便隐血试验(25,26),ct结肠镜屏幕结肠癌筛查结肠癌的中国对高危人群仍然依赖于结肠镜检查。一种新的非侵入性诊断方式CC是迫切需要的。

循环microrna屏幕一直被视为一种有效的无创方法多种癌症(27- - - - - -29日];一些研究已经完成了关于循环microrna结肠癌。已经证明,循环microrna能稳定在不同储存条件(30.),提供基本的理论支持microrna成为肿瘤生物标志物。

一些研究人员做了伟大的工作在确定一个microrna结肠癌。Sabry et al。31日)关注HIF-1αvegf信号pathway-related microrna, mir - 210和miR-21等。他们发现mir - 210和miR-21与结肠癌的临床分期和显示与敏感性和特异性诊断价值高88.6%,90.1%,91.4%,95.0%。Bilegsaikhan et al。32]研究mir - 338 - 5 - p已报道发现在结肠癌组织和调节的AUC是区分CRC和健康对照组的0.923。此外,Zhang et al。33]研究了microrna在结肠癌患者的血清微阵列。和他们确定了8 DE microrna包括mir - 4463, mir - 5704, mir - 371 b - 3 - p, mir - 1247 - 5 - p, mir - 1293, mir - 548 - 5 - p, mir - 107,和mir - 139 - 3 - p,区分结肠癌患者和正常对照组。但是,没有诊断测试和AUC分析进行了研究。et al。杰哈卡胡奇(34)关注循环mir - 506和mir - 4316,显示一个AUC值0.751预测结肠癌。

他们的研究结果大多是基于循环microrna表达的异常的或microrna已报道在结肠癌组织移植;缺乏深度的数据挖掘和分析。我们的研究是基于差异表达microrna和WGCNA。而不是只关注差异表达microrna与大多数其他研究一样,WGCNA从所有最多样的基因,利用信息来识别感兴趣的基因模块,并分析其与表型。通过基因表达信息的充分使用,我们可以找到中心基因在癌症的发展非常重要。我们发现中心基因可能没有最小的德的价值分析;然而,这将是更稳定和更比基因选择的生物学意义DE值的分析,可以证明我们的验证数据集。本文选择了一个更强大的维度选择目标基因,这可以解释为什么miR-23和mir - 663没有在其他研究中选择。

我们已经确定了hsa-miR-23a-3p ( , )和hsa - mir - 663 a ( , )在结肠癌诊断生物标记,使用的数据来自GSE61741 GSE112264和GSE106817证实我们的评分系统。这两个数据库的AUC是0.917和0.980,分别。诊断测试结果反映,它对我们的评分系统是可靠和稳定的区分癌症患者和人口,这就意味着它可以把hsa-miR-23a-3p和hsa - mir - 663 a在结肠癌诊断的生物标志物。

hsa - mir - 663 a,黑田et al。35)表示,与抗菌肽治疗后,mir - 663 CC的可以调节癌症发展目标CXCR4-p21通路。hsa-miR-23a-3p,没有之前进行了研究,发现它的功能在结肠癌。在肝细胞癌(HCC)、刘等人。36)发现,肝癌患者比例高脂肪miR-23a更高水平都比肝细胞癌患者血清液和肿瘤组织低脂肪比例。他们进一步的研究表明,miR-23a通过液运输到肿瘤细胞,从而促进肝癌细胞生长和迁移。我们的结果展示,miR-23a调节稳定在结肠癌患者的血液样本,和也是一个中心基因在癌症相关的模块,这表明hsa-miR-23a-3p可能表现出相似的属性在结肠癌肝细胞癌。

这是第一个WGCNA研究确定循环microrna的结肠癌。我们定义的诊断生物标记物是稳定可靠。我们的研究是基于地理数据库;尽管先进的分析方法和多数据库验证应用,仍有一些限制,因为没有医院的样本。前瞻性验证使用我们医院的样品将被执行我们的军团足够强大来验证这些发现。除此之外,我们发现两个中心microrna可以作为流通结肠癌的生物标志物;但是,没有功能挖掘实验进行。我们进一步的研究将专注于hsa-miR-23a-3p的功能和hsa - mir - 663在结肠癌组织中,找到自己的角色在CC发展循环系统。

5。结论

在这项研究中,我们建立了一个评分系统基于流通枢纽microrna发现WGCNA预测结肠癌的发展。

数据可用性

本文中使用的所有数据可以在地理数据库中下载。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢所有人也参与了这项研究。这项工作是完全支持由中国国家自然科学基金(81702314)资助项目北京(2017000021469 g212)的优秀人才,北京市医院管理局青年项目(QML20180108)和消化医疗协调发展中心北京市医院管理局(XXZ02 XXZ01)。

补充材料

补充图一:样本聚类。补充图B:热图证明每个基因之间的独立性。补充图C:基因之间的相关分析模块和癌症发展。补充图D:黄色miRNA350-miRNA交互网络模块。(补充材料)

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