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近年來(lái)，m6A是當(dāng)今生命科學(xué)領(lǐng)域最前沿最熱門的研究方向之一，它是哺乳動(dòng)物體內(nèi)最普遍的一種mRNA修飾，在癌癥的發(fā)生發(fā)展中具有非常關(guān)鍵的作用。隨著測(cè)序技術(shù)的不斷進(jìn)步，關(guān)于m6A的研究文章在各大高分雜志層出不窮。今天要給大家分享的是一篇關(guān)于m6A靶向miRNA 在泛癌中的診斷和預(yù)測(cè)價(jià)值的文章，文章發(fā)表在《Molecular Cancer》（IF: 27.401）上。
血清中的m6A靶向microRNA 用于癌癥檢測(cè)
數(shù)據(jù)組成和研究思路
數(shù)據(jù)組成：這項(xiàng)研究中所用到的數(shù)據(jù)來(lái)自于GEO數(shù)據(jù)庫(kù)（GSE164174、GSE113740、GSE137140、GSE139031、GSE122497、GSE112264、 GSE113486、 GSE106817、 GSE124158、 GSE73220），包含12中癌癥和正常個(gè)體的14965份血清樣本，分別是胃癌（GC，n = 1417）、肝細(xì)胞癌（HCC，n = 388）、肺癌（LC，n = 1573）、膠質(zhì)瘤（n = 185）、食管癌（ESCA，n = 566）、前列腺癌（PRAD，n = 809）、膀胱癌（BLCA，n = 392）、卵巢癌（OV，n = 338）、SARC=肉瘤486）、乳腺癌（BRCA，n = 1285）、結(jié)直腸癌（CRC，n = 242）和胰腺癌（PAAD，n = 197）以及正常對(duì)照（n = 7087）。
研究思路：
本文的研究思路大致可以分為三部分（參見(jiàn)圖1A流程圖）：
背景介紹
癌癥的早期診斷一直以來(lái)都是一大研究熱點(diǎn)，無(wú)創(chuàng)、低成本、診斷效果好的癌癥標(biāo)志物仍是臨床上需要解決的一大問(wèn)題。m6A 修飾水平的改變與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，研究表明，外周血中m6A的修飾水平變化對(duì)多種癌癥具有潛在的診斷價(jià)值。同時(shí)，m6A引起的miRNA異常已被證實(shí)在腫瘤轉(zhuǎn)移和進(jìn)展中起重要作用。基于以上認(rèn)識(shí)，本文作者認(rèn)為開(kāi)發(fā)外周血中基于m6A靶向miRNA的新型診斷標(biāo)志物可能成為大規(guī)模癌癥篩查的潛在治療策略。
結(jié)果
1. 血清中候選m6A靶向miRNA的鑒定
既然要研究m6A靶向miRNA的作用，那么第一步肯定篩選m6A靶向miRNA和非m6A靶向miRNA，研究人員從血清miRNA隊(duì)列中提取了總共228個(gè)m6A靶向miRNA用于進(jìn)一步分析。為了探究這些miRNA所涉及的生物學(xué)過(guò)程和作用，研究人員首先對(duì)這些miRNA進(jìn)行GO富集分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些m6A靶向miRNA主要富集在一些與癌癥、免疫和RNA修飾相關(guān)的通路中，例如RNA代謝、miRNA加工，TGF-β受體信號(hào)通路、WNT通路和T細(xì)胞活化的途徑等（圖1B）。然后研究人員進(jìn)一步分析了這些miRNA在癌癥和正常樣本中的表達(dá)情況，結(jié)合差異分析和LASSO回歸最后確定了18個(gè)候選m6A 靶向miRNA，以用于后續(xù)構(gòu)建癌癥診斷模型。與正常樣本相比，這18個(gè)候選miRNA在癌癥樣本中顯著上調(diào)（圖1C）。利用這些miRNA對(duì)癌癥和正常樣本進(jìn)行無(wú)監(jiān)督層次聚類分析，可以發(fā)現(xiàn)癌癥和正常樣本之間區(qū)分很明顯（圖1D）。PCA分析結(jié)果也進(jìn)一步驗(yàn)證了這18個(gè)候選 m6A靶向miRNA在癌癥和正常對(duì)照組之間具有完全不同的表達(dá)模式（圖1E）。
雖然這些miRNA在癌癥和正常樣本中的差異表達(dá)明顯，但它們對(duì)于癌癥和正常樣本的診斷效果又如何呢？于是研究人員對(duì)每個(gè)候選miRNA單獨(dú)用于診斷癌癥和正常的診斷性能進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示，單個(gè)miRNA的AUC范圍從0.676到0.940，結(jié)合ROC曲線說(shuō)明這些miRNA對(duì)癌癥和正常對(duì)照樣本具有一定的區(qū)分能力（圖1F和G）。這些候選miRNA的預(yù)測(cè)性能在驗(yàn)證隊(duì)列中也得到了很好的驗(yàn)證（圖1H）。上述結(jié)果表明，這些候選m6A靶向miRNA具有作為檢測(cè)癌癥的生物標(biāo)志物的潛力。
2. 構(gòu)建用于癌癥診斷的m6A-miRNAs模型
基于上述的18個(gè)候選m6A靶向miRNA，研究人員采用支持向量機(jī)（SVM）算法構(gòu)建了用于癌癥診斷的特征模型（即m6A-miRNAs signature）。從圖2A中的泛癌分析可以發(fā)現(xiàn)，癌癥組中m6A-miRNAs的值明顯低于正常樣本。之后研究人員又研究了每種癌癥類型之間m6A-miRNAs值的差異，觀察到HCC患者的m6A-miRNAs中位數(shù)最低， PAAD患者的m6A-miRNAs中位數(shù)則最高（圖2B）。
前面我們提到過(guò)，本文研究人員對(duì)每一個(gè)候選miRNA都進(jìn)行了診斷預(yù)測(cè)評(píng)分，效果參差不齊，于是他們進(jìn)一步對(duì)將這18個(gè)候選miRNA結(jié)合在一起的m6A-miRNAs診斷模型進(jìn)行診斷預(yù)測(cè)評(píng)分，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不管是測(cè)試集還是驗(yàn)證集，或者是將測(cè)試集和驗(yàn)證集結(jié)合在一起，該模型的診斷效果要明顯優(yōu)于單個(gè)miRNA的診斷效果（圖2C-E）。
之后研究人員為了探究m6A-miRNAs模型和每個(gè)候選miRNAs之間的關(guān)系，對(duì)它們進(jìn)行了相關(guān)性分析，結(jié)果顯示，m6A-miRNAs的值與每個(gè)候選m6A靶向miRNA的表達(dá)量之間存在顯著的負(fù)相關(guān)（圖2F），尤其是miR-320b。已有的研究已經(jīng)證實(shí)miR-320b可能在腫瘤轉(zhuǎn)移和預(yù)后中發(fā)揮關(guān)鍵作用，且miR-320b的上調(diào)和高甲基化往往與腫瘤的惡性發(fā)展和預(yù)后不良相關(guān)。
雖然說(shuō)研究人員的分析說(shuō)明了m6A-miRNAs的診斷預(yù)測(cè)效果很不錯(cuò)，但是目前已經(jīng)報(bào)道的用于癌癥診斷和預(yù)后的miRNA也有不少。那么究竟誰(shuí)的效果更好呢？m6A-miRNAs模型的效果是否更有優(yōu)勢(shì)呢？于是研究人員將m6A-miRNAs模型和已報(bào)道的miR-93、miR-122的診斷效果進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)m6A-miRNAs模型確實(shí)更具有優(yōu)勢(shì)（圖2G-H）。
3. m6A-miRNAs signature在不同臨床條件和癌癥類型中的診斷性能
因?yàn)榭紤]到研究隊(duì)列中包含有乳腺癌、卵巢癌以及前列腺癌等與性別密切相關(guān)的癌癥，研究人員又對(duì)m6A-miRNAs模型的診斷性能進(jìn)行性別方面的評(píng)估，結(jié)果并沒(méi)有觀察到m6A-miRNAs在男性和女性患者的診斷性能方面存在顯著差異，而且無(wú)論男女，其效果都很不錯(cuò)（圖3A）。同樣地，該模型的診斷性能也不受年齡因素的影響（圖3B）。于是研究人員進(jìn)一步研究了m6A-miRNAs在區(qū)分癌癥類型方面的能力。盡管m6A-miRNAs在從所有癌癥和非癌癥混合樣本中區(qū)分每種癌癥類型方面的能力不如單獨(dú)區(qū)分每種癌癥和正常樣本的能力，但m6A-miRNAs總體仍然表現(xiàn)出非常高的靈敏度（圖3C）。
在圖3D和E中，研究人員根據(jù)癌癥類型總結(jié)了m6A-miRNA signature的診斷性能，包括 AUC、特異性、敏感性和準(zhǔn)確性，發(fā)現(xiàn)它在胃癌早期診斷中表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)越性（圖3F）。此外，研究人員還分析了m6A-miRNA signature在區(qū)分HCC患者和慢性肝炎/肝硬化患者中的能力，發(fā)現(xiàn)效果也很顯著，并不受不受慢性肝炎\肝硬化的影響（圖3G-H）。因此，研究人員推測(cè)，m6A-miRNAs signature的診斷性能可能不受慢性疾病的影響。
小結(jié)
本研究通過(guò)泛癌分析揭示了血清中m6A靶向miRNA在癌癥早期診斷的價(jià)值，利用回歸分析構(gòu)建了診斷預(yù)測(cè)模型并在不同的隊(duì)列中加以評(píng)估和驗(yàn)證。
通讀全文可以發(fā)現(xiàn)這篇20多分的文章研究思路其實(shí)并不復(fù)雜，就是一個(gè)數(shù)據(jù)挖掘的純生信泛癌分析文章，全文最大的亮點(diǎn)莫過(guò)于作者巧妙的將研究熱點(diǎn)m6A與miRNA結(jié)合在一起以及算法的應(yīng)用。研究m6A的人很多，研究miRNA的人也不少，但是將這兩者結(jié)合在一起再構(gòu)建回歸模型用以癌癥的臨床診斷又是一大創(chuàng)新點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)
Zhang B, Chen Z, Tao B, Yi C, Lin Z, Li Y, Shao W, Lin J, Chen J. m6A target microRNAs in serum for cancer detection. Mol Cancer. 2021 Dec 20;20(1):170. doi: 10.1186/s12943-021-01477-6. PMID: 34930277; PMCID: PMC8686344.
