今天和大家分享的是2020年1月發(fā)表在cancers（IF=6.126）上的一篇文章：“Survival-Associated Metabolic Genes in Human Papillomavirus-Positive Head and Neck Cancers”，作者對TCGA中的RNA-seq數(shù)據(jù)進行表達差異分析，并通過KM生存分析對7種代謝基因對HPV陽性/陰性的TCGA-頭頸部鱗狀細胞癌（HNSCC）患者預后影響進行比較，從而成功將HPV陽性/陰性患者之間的代謝基因表達差異定義為一個新的HNSCC預后標志物。
Survival-Associated Metabolic Genes in Human Papillomavirus-Positive Head and Neck Cancers
與人乳頭瘤病毒陽性的頭頸部鱗狀細胞癌預后相關的代謝基因
一、研究背景
HNSCC是常見于口腔、咽部、喉部的惡性腫瘤，而在先前的研究中人乳頭瘤病毒（HPV）感染就已經(jīng)被認定為HNSCC的重要致病因素；HPV陽性（HPV+）與HPV陰性（HPV-）的HNSCC腫瘤有著表觀遺傳學和蛋白表達譜的差異，其中二者的代謝表型有著顯著差異，故本文作者對HPV+/-的HNSCC患者的代謝基因表達差異進行分析，試圖發(fā)現(xiàn)HNSCC的多種代謝靶點，從而獲取有效的抗代謝療法。
二、分析流程
三、結果解讀
1、HPV+/-的HNSCC患者的代謝基因表達差異
圖1中作者選取了12中代謝相關的信號通路中的229個代謝基因（補表1）做差異表達分析，圖中y軸的正值代表成對比較中前者相對上調的基因比例，負值則相反。圖1的結果反映了：與HPV-HNSCC相比，大多數(shù)糖酵解基因在HPV+HNSCC中下調；而與三羧酸循環(huán)（TCA）、氧化磷酸化、過氧化氫化相關的代謝基因在HPV+HNSCC中上調。
與此同時，圖1中的結果表明：不論HPV+還是HPV-HNSCC的代謝基因表達水平都低于正常對照組，這滿足Warburg效應，也就是腫瘤細胞的呼吸率低于正常組織。
補表1.做差異表達分析的基因列表
圖1.HPV+/-HNSCC的代謝相關通路中的基因表達差異
2、編碼線粒體呼吸鏈組分的多個基因與HPV+HNSCC的預后關系
作者對229個代謝基因做單因素cox回歸分析（Benjamini-Hochberg方法校正FDR，設置閾值為0.1），選出了7個（綠色標記）與HPV+HNSCC患者生存率相關的基因（SDHC、COX7A1、COX16、COX17、ELOVL6、GOT2、SLC16A2），并在接下來的研究中，針對這7個基因表達與HPV+HNSCC預后的關系進行分析。（補表2）
另外，作者利用GO分析對這7個基因進行了富集分析，發(fā)現(xiàn)SDHC、COX7A1、COX16、COX17、GOT2與線粒體相關信號通路有關，由于HPV+HNSCC比HPV-HNSCC具有更高水平的氧化磷酸化，而氧化磷酸化過程需要通過線粒體呼吸鏈復合體進行電子傳遞，所以與線粒體相關的這5個基因將作為后面的研究重點
補表2.229個代謝基因高/低表達對HPV+/-HNSCC患者的預后影響（僅給出一個sheet的結果）
首先作者對編碼線粒體呼吸鏈復合體II的SDHC進行分析，圖2.A箱線圖表明SDHC在HNSCC患者中下調，但在HPV+/-HNSCC患者中沒有明顯差異。
圖2.B、C中作者對SDHC高/低表達組患者進行KM生存分析，發(fā)現(xiàn)SDHC低表達與HPV+患者生存率提高有關，而與HPV-患者的生存率變化沒有明顯關聯(lián)
圖2.SDHC表達對HPV+/-HNSCC患者的預后影響
接著作者對編碼線粒體呼吸鏈復合體IV的COX7A1、COX16、COX17進行分析，
圖3.A、D、G用箱線圖展示了COX7A1、COX16、COX17在HPV+/-HNSCC患者中的表達差異
KM生存分析顯示：COX7A1（圖3.B、C），COX16（圖3.E、F），COX17（圖3.H、I）低表達均與HPV+HNSCC患者的生存率提高有關，而與HPV-HNSCC患者的生存率變化沒有明顯關聯(lián)
圖3.COX7A1、COX16、COX17表達對HPV+/-HNSCC患者的預后影響
3、ELOVL6、GOT2、SLC16A2與HPV+HNSCC的預后關系
圖4.A、D、G用箱線圖展示了ELOVL6、GOT2、SLC16A2在HPV+/-HNSCC患者中的表達差異
KM生存分析顯示：ELOVL6（圖4.B、C），GOT2（圖4.E、F），SLC16A2（圖4.H、I）低表達均與HPV+HNSCC患者的生存率提高有關，而與HPV-HNSCC患者的生存率變化沒有明顯關聯(lián)
圖4.ELOVL6、GOT2、SLC16A2表達對HPV+/-HNSCC患者的預后影響
4、對代謝基因預后影響的獨立性檢驗
對7種代謝基因進行了單因素和多因素cox回歸，結果如表1:7種代謝基因的HR均小于1，表明它們的低表達與生存率提高相關；而多因素cox的結果則表明COX16、COX17、SLC16A2三種基因對HPV+HNSCC患者預后影響具有獨立性（表1）
表1.對7種代謝基因的單因素、多因素cox回歸分析結果
作者猜測以上三種對預后影響具有獨立性的代謝基因在同時低表達時會對生存率有更明顯的影響，于是將三種基因兩兩組合，進行同時低表達后與同時高表達組進行KM生存分析，發(fā)現(xiàn)三種雙低表達組的生存率均明顯高于雙高表達組（圖5）
圖5.對COX16、COX17、SLC16A2兩兩一組雙高/低表達的KM生存分析
為了讓圖5的結論更有說服力，作者對COX16、COX17、SLC16A2兩兩一組分別繪制了它們表達水平的散點圖，證明了SLC16A2與其他兩基因的表達無顯著相關性，進一步說明了這三種基因低表達對預后的改善是相互獨立的。（補圖2）
補圖2.COX16、COX17、SLC16A2兩兩一組的表達水平散點圖
5、針對代謝基因的抗癌藥物分析
先前研究中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些酪氨酸激酶抑制劑（TKI）對SLC16A2具有抑制作用，通過TKI對SLC16A2的抑制作用，可以抑制SLC16A2介導的甲狀腺激素跨膜運輸，從而抑制ATP在HPV+HNSCC中的產(chǎn)生，達到改善HPV+HNSCC的目的，于是作者將幾種TKI分別應用于HPV+（6株）和HPV-（21株）細胞株，繪制藥物B-score的箱線圖，發(fā)現(xiàn)達沙替尼（dasatinib）對HPV+細胞株具有明顯的細胞毒性，而對HPV-沒有細胞毒性。（補圖2）
這一結果進一步證實了HPV+HNSCC與HPV-HNSCC是兩種不同的腫瘤實體
補圖2.幾種TKI對HPV+/-HNSCC患者作用
小結
本文中作者利用單因素、多因素cox和KM生存分析等途徑對7種代謝相關基因對HPV陽性的HNSCC患者的預后價值進行了詳細分析，證明了下調腫瘤細胞代謝有利于提高患者預后生存率，且7種代謝基因的抑制劑可能成為HPV+HNSCC的新型治療藥物；同時強化了HPV+與HPV-HNSCC是兩種不同的腫瘤實體這一結論。
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編輯：麻辣燙
校審：糯米飯
