生物過程具有復雜性和整體性，單一組學的數(shù)據(jù)難以系統(tǒng)全面地解析疾病發(fā)生發(fā)展的復雜機制。轉(zhuǎn)錄和代謝聯(lián)合分析可以同時實現(xiàn)從“因”和“果”兩個方向來探究生物學問題，相互間進行驗證，從海量的數(shù)據(jù)中篩選出關(guān)鍵基因、代謝物及代謝通路開展后續(xù)深入研究與應(yīng)用，從而提高文章的水平。
A Comprehensive Analysis of Metabolomics and Transcriptomics in Cervical Cancer
宮頸癌的代謝組學和轉(zhuǎn)錄組學聯(lián)合分析
01
研究背景
宮頸癌（CC），是發(fā)展中國家女性常見的惡性腫瘤之一，是嚴重威脅婦女生命的殺手。宮頸癌的篩查和早期診斷對預后至關(guān)重要。今天分享的這篇文章通過對宮頸癌患者及健康對照（NOR）的血漿樣本進行代謝組學和轉(zhuǎn)錄組學聯(lián)合分析，以探索宮頸癌的代謝特征和潛在的診斷生物標志物，從而為CC的診斷和篩查開辟一條新通路。
02
研究樣本
根據(jù)入組時間將代謝組數(shù)據(jù)分為訓練集和測試集。訓練集包括70個CC和80個NOR病例，測試集包括66個CC和69個NOR病例。轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)包括28個CC和24個NOR病例。
03
研究思路
04
研究結(jié)果
1. CC和NOR的代謝特征分析
本研究采用非靶向液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)進行代謝組學檢測。ESI+模式下檢測到3495個信號，ESI-模式下檢測到3052個信號。ESI+和ESI-模式下所有樣品的二維PCA得分圖（圖1）在本研究中沒有顯示異常值，緊密聚類的QC樣品確保了檢測穩(wěn)定性。
圖1
2. CC和NOR之間的差異代謝物
基于LFDR<0.05，VIP>1兩個標準，在ESI+模式下鑒定到34個代謝產(chǎn)物，ESI-模式下鑒定到28個代謝產(chǎn)物。CC患者中55種代謝物下調(diào)，7種代謝物上調(diào)。圖2顯示了CC和NOR之間62種不同代謝物的HCA熱圖。在HCA熱圖中，CC與NOR明顯分離。
圖2
3. 宮頸癌診斷的生物標志物
為了選擇合適的宮頸癌診斷代謝物，研究者首先利用皮爾遜相關(guān)系數(shù)將代謝物聚類為共調(diào)節(jié)組，共獲得5個聚類。然后選擇每個聚類中AUC值最大的代謝物作為候選生物標志物，包括膽紅素、溶血酶C（17:0）、N-油酰蘇氨酸、12-羥基十二酸、四碳六烯酸。計算這些生物標志物組合的AUC值、敏感性（SE）和特異性（SP）來描述其對CC和NOR的診斷準確性（表1）。
表1
4. 通路分析
對定性到的62個差異代謝物，進行KEGG通路富集分析，共富集到31條通路（圖3）?；赑 < 0.1，篩選到7條顯著富集的通路，包括脂肪酸生物合成、乙醛酸和二羧酸代謝、檸檬酸循環(huán)、賴氨酸生物合成、組氨酸代謝、賴氨酸降解和類固醇激素生物合成。這些通路主要涉及碳水化合物代謝（檸檬酸循環(huán)、乙醛酸和二羧酸代謝）、脂質(zhì)代謝（脂肪酸生物合成、類固醇激素生物合成）和氨基酸代謝（賴氨酸生物合成、組氨酸代謝、賴氨酸降解），在腫瘤組織的快速生長和癌細胞的轉(zhuǎn)移中起著重要作用。
圖3
5. 轉(zhuǎn)錄組學數(shù)據(jù)分析
研究者進一步分析了P < 0.1的7個通路中的基因。在總共181個基因中，117個基因（64.64%）差異表達（FDR<0.05），其中大多數(shù)基因（91，77.78%）具有催化活性（圖4a）。進一步分析具有催化活性的基因的分子功能，發(fā)現(xiàn)它們主要參與氧化還原酶活性（45，49.45%）、轉(zhuǎn)移酶活性（33，36.26%）和連接酶活性（12，13，19%）（圖4b）。
6. 差異代謝物和基因的網(wǎng)絡(luò)分析
研究者用metscape建立了7個顯著富集通路中代謝物和基因的連接網(wǎng)絡(luò)（圖5）。盡管研究中的代謝組學和轉(zhuǎn)錄組學數(shù)據(jù)來自不同的群體和技術(shù)平臺，但在這些通路的網(wǎng)絡(luò)中發(fā)現(xiàn)許多相同通路的代謝物和基因存在差異。該結(jié)果可以進一步提高前面選擇的代謝物，基因和通路的可信度。
圖5
總結(jié)
本研究在轉(zhuǎn)錄和代謝水平上解釋了宮頸癌的異常代謝，探討了關(guān)鍵基因在癌癥中的作用，并證明代謝組學和轉(zhuǎn)錄組學的聯(lián)合分析是研究癌癥發(fā)生機制和發(fā)現(xiàn)更可靠生物標志物的一種有效方法。
原創(chuàng)： 任勝景 邁維醫(yī)學
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