氧化应激(Oxidative Stress, OS )是指体内氧化与抗氧化作用失衡的一种状态。近年来，研究发现多种癌症会表现出OS异常，且OS相关基因是癌症治疗潜在的预后标志物，因此OS也是癌症的研究热点。因此小编今天给大家分享一篇今年1月刚刚发表在BMC Genomics (IF:4.4/Q2)杂志上使用公共数据研究OS相关基因与结直肠癌(CRC)预后免疫微环境关联的文章。

Prognostic value of oxidative stress-related genes in colorectal cancer and its correlation with tumor immunity

氧化应激相关基因在结直肠癌中的预后价值及其与肿瘤免疫的相关性

一．文章摘要

研究首先在MsigDB数据库中获取OS基因，并采用单因素Cox回归分析在TCGA-CRC队列中识别出OS预后相关基因，接着基于一致性聚类对CRC患者分型，进一步使用Lasso回归建立CRC预后风险模型。研究也利用ROC曲线验证了8个基因对CRC的预后价值，结果发现CTNNB1、STK25、RNF112、SFPQ、MMP3、NOL3是潜在的CRC预后生物标志物。此外，研究也分析了不同风险组及不同CRC亚型的免疫细胞浸润水平，结果发现高风险及C1亚型患者表现出免疫抑制。最后研究也通过功能实验研究了OS相关基因对CRC细胞增殖、干性和凋亡的影响。

二．文章的主要内容及结果

1. 结直肠癌预后OS相关基因的识别和富集分析

文章第一部分识别了CRC中预后相关的OS基因并对其进行了功能分析。研究首先利用MsigDB获取了101个OS相关基因，并基于单因素Cox回归分析在TCGA-CRC队列中识别出9个预后OS相关基因(A)。研究进一步分析分析发现这9个基因在CRC中表达具有相关性且多数显著相关(B)。研究进一步通过富集分析发现这9个基因参与细胞对OS的死亡反应、细胞对OS的反应和化学应激反应等功能(C-E)。

2. 基于OS相关基因识别CRC亚型

这一部分研究基于预后OS基因的表达对CRC进行分型。研究根据识别的9种预后OS相关基因的表达模式采用一致性聚类将CRC患者分为不同的分子亚型(C1, C2, A-E)。研究接着对识别的两种亚型患者的进行生存分析，结果发现C2亚型患者的预后显著较好(F)。

3. 用OS相关基因构建预后风险模型

研究接着基于OS相关基因构建了CRC预后风险模型。研究首先采用Lasso回归对9个预后OS相关基因进行分析，结果识别出8个OS相关基因PAGE4、STK25、RNF112、NOL3、HSPB1、CTNNB1、MMP3和SFPQ用于构建预后风险模型并计算患者风险评分(A-C)。研究发现高风险组患者生存较差(D)。研究也分析了8个OS相关基因表达水平及风险评分的相关性(E)。研究进一步发现C1 亚型比C2 亚型具有更高的风险评分(F)。研究也通过ROC曲线分析发现8基因预后风险模型对CRC患者预后具有较高准确性(G)。研究也基于决策网分析(decision net analysis, DCA)曲线评价模型证实了Lasso风险评分的预测性能和临床应用价值。研究进一步基于ROC曲线分析了8种OS相关基因在CRC中的预后潜力，结果发现CTNNB1(A)、STK25 (B)、RNF112 (C)、SFPQ (D)、MMP3 (E)、NOL3 (F)的AUC均在0.8以上，PAGE4的AUC为0.559 ()准确性相对较低，而HSPB1的AUC为0.499 对CRC的预后价值最低。

4. 免疫细胞浸润与风险评分或结直肠癌亚型的相关性

研究接着分析了不同风险组及亚型患者的免疫浸润。研究通过ssGSEA分析了两个风险组及两种CRC亚型之间的免疫浸润差异(6A-B)，结果发现低风险组患者免疫应答较高风险组强。研究也发现与C1亚型相比，C2患者免疫应答增强。接着研究基于ESTIMATE评估不同组免疫微环境的差异，结果发现高风险组及C1亚型患者的间质、免疫和ESTIMATE评分显著降低(C-D)。此外，研究也分析了风险评分与免疫浸润水平的相关性(E，F)。

5. OS相关基因与CRC干性和微卫星(MSI)不稳定性的关系

研究进一步分析了预后OS相关基因与CRC干性和微卫星不稳定性的关系。研究通过Spearman相关分析发现HSPB1、MMP3、CTNNB1、SFPQ和RNF112、PAGE4、NOL3和STK25的表达水平与CRC的干性评分呈微正相关(A-H)。研究随后分析了CRC中8个预后基因与MSI之间的关系，结果发现STK25、RNF112、PAGE4、CTNNB1和HSPB1的表达与MSI呈负相关，而SFPQ、NOL3和MMP3的表达与MSI呈正相关但不显著(I-P)。

6. 8种预后OS相关基因在结直肠癌中的表达模式

研究进一步分析了CRC患者组织标本和细胞中8种预后OS相关基因的mRNA和蛋白水平。研究发现基因CTNNB1、HSPB1、MMP3和NOL3的mRNA和蛋白水平在结直肠癌患者肿瘤样本中显著上调，其他4个基因的表达在结直肠癌肿瘤样本与邻近正常组织样本中无显著差异(A-B)。此外，RT-qPCR分析和免疫荧光检测也显示CTNNB1、HSPB1、MMP3表达上调，NOL3的 mRNA在所有CRC细胞中的表达(C-D)。

7. CTNNB1、HSPB1、MMP3和NOL3基因敲低对结直肠癌细胞的影响

研究最后通过功能实验评估了失调基因(CTNNB1、HSPB1、MMP3、NOL3)对CRC恶性细胞的影响。研究观察到CTNNB1、HSPB1、MMP3和NOL3的沉默能够显著减少CRC细胞的集落数量(A-B)。此外沉默CTNNB1、HSPB1、MMP3和NOL3后，CRC细胞的干性明显受到抑制(C-D)。相反，敲低CTNNB1、HSPB1、MMP3和NOL3后，CRC细胞的凋亡率升高(E-F)。综上所述，研究推测CTNNB1、HSPB1、MMP3和NOL3基因敲低可抑制结直肠癌细胞的增殖干性，促进结直肠癌细胞凋亡。

到这里，文章的主要内容就介绍完了。文章聚焦氧化应激，从表达、预后、和免疫浸润等多个角度分析了OS与结直肠癌临床结局及免疫微环境的关联，并基于功能实验对关键OS基因进行了验证。文章内容丰富，逻辑连贯，基于公共数据构建预后模型，并对模型关键基因进行简单实验验证的思路十分具有参考学习意义。