4.5分+純生信！單細(xì)胞+bulk RNA-seq + WGCNA聯(lián)合分析，外加腫瘤微環(huán)境新切入點(diǎn)“內(nèi)皮
腫瘤微環(huán)境一直是生信文章的熱門話題，那么，提到腫瘤微環(huán)境你會想到哪些？一張圖告訴你！
圖片顯示了癌癥進(jìn)展所有階段的腫瘤微環(huán)境（TME）演變以及關(guān)鍵的代表性細(xì)胞類型。正常組織微環(huán)境可以通過多種免疫細(xì)胞、腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞(CAF)、細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的抑制作用來抑制腫瘤的生長。但是癌癥的進(jìn)展卻是要影響TME中的細(xì)胞成為腫瘤促進(jìn)劑，導(dǎo)致原發(fā)部位的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移。所以，這些細(xì)胞陸陸續(xù)續(xù)成為了常見生信分析的熱點(diǎn)話題。
然而，癌細(xì)胞的遷移、侵襲和轉(zhuǎn)移離不開血管的作用。內(nèi)皮細(xì)胞作為血管的重要組成成分，主要功能是調(diào)節(jié)血管功能，如通透性、內(nèi)吞作用和血管生成。這么重要的“內(nèi)皮細(xì)胞”卻淪落為生信中的冷門話題！
所以今天布小谷給大家推薦一個新的但卻容易被忽略的切入點(diǎn)——“內(nèi)皮細(xì)胞”！
目前內(nèi)皮細(xì)胞基本上都是在做臨床和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，可還有很多小伙伴沒有實(shí)驗(yàn)條件或者急需文章，不怕，這時候就該請出咱們“生信”大佬出手啦！
憑布小谷對熱點(diǎn)的嗅覺，內(nèi)皮細(xì)胞說不定是一員猛將哦~~
利用內(nèi)皮細(xì)胞相關(guān)基因做生信暫時還比較少，那么這波入手內(nèi)皮細(xì)胞生信絕對是個良機(jī)?。∨逗?，真是大大的驚喜，是時候加速卷起來了呀~~所以有想法的朋友可得搞快些~?~
話不多說，快來看看“內(nèi)皮細(xì)胞”是如何玩轉(zhuǎn)腫瘤4.5分+純生信的——利用scRNA-seq數(shù)據(jù)獲得內(nèi)皮細(xì)胞的標(biāo)記基因，結(jié)合bulk RNA-seq數(shù)據(jù)并利用WGCNA分析構(gòu)建了GBM的預(yù)后模型，再加上驗(yàn)證隊(duì)列以及一系列突變、免疫、功能分析等等。經(jīng)典預(yù)后模型構(gòu)建套路，超高性價比，換個疾病快快學(xué)起來！（ps：沒有思路、不知道怎么創(chuàng)新的找布小谷，超多個性化的分析思路供你選擇哦?。?/strong>
l?題目：膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中內(nèi)皮細(xì)胞hub基因的表達(dá)——結(jié)合單細(xì)胞RNA測序和bulk RNA測序的GBM患者預(yù)后模型
l?雜志：BMC Cancer.
l?影響因子：IF=4.638
l?發(fā)表時間：2022年12月
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研究背景
多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM）是全球最常見的惡性腫瘤之一，其預(yù)后很差，雖然輔助藥物和手術(shù)治療會在一定程度上改善患者預(yù)后，但總體生存率（OS）仍然很低，部分原因是腫瘤微環(huán)境和免疫逃避的機(jī)制尚未完全了解，而且高級別膠質(zhì)瘤在空間和時間上具有異質(zhì)性。目前針對內(nèi)皮細(xì)胞的抗血管生成治療越來越受到關(guān)注。因此，這篇文章利用scRNA-seq發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞中的標(biāo)記基因，并結(jié)合傳統(tǒng)的bulk RNA-seq構(gòu)建GBM患者的預(yù)后模型。
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數(shù)據(jù)來源
研究思路
從TCGA和CGGA數(shù)據(jù)庫中獲得bulk RNA-seq數(shù)據(jù)，從GEO數(shù)據(jù)庫中獲得10x的GBM scRNA-seq數(shù)據(jù)。UMAP方法用于數(shù)據(jù)降維和聚類識別。通過Find All Markers函數(shù)識別不同細(xì)胞聚類的標(biāo)記基因。通過加權(quán)基因相關(guān)網(wǎng)絡(luò)分析（WGCNA）鑒定關(guān)鍵模塊和差異表達(dá)基因（DEGs）。使用非負(fù)矩陣分解（NMF）算法來識別基于DEGs的不同亞型，并使用多變量Cox回歸分析構(gòu)建預(yù)后模型。最后，研究了不同風(fēng)險組之間在突變情況、免疫細(xì)胞浸潤、免疫檢查點(diǎn)抑制劑相關(guān)基因和富集通路方面的差異。
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主要結(jié)果
1. 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和正常樣本的scRNA-seq和細(xì)胞分型
對GSE162631數(shù)據(jù)集中四個GBM和四個正常樣本的scRNA-seq數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，共識別出13個不同的細(xì)胞聚類（圖1A、B），并鑒定出四種細(xì)胞類型（內(nèi)皮細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞）（圖1C）。通過Find All Markers函數(shù)識別不同細(xì)胞聚類的標(biāo)記基因。Fisher’s精確檢驗(yàn)明確內(nèi)皮細(xì)胞（ECs）為最重要的細(xì)胞類型，功能富集分析表明，這些細(xì)胞類型主要參與經(jīng)典抗體介導(dǎo)的補(bǔ)體激活、跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)、5-羥色胺受體和心磷脂合成（圖1D）。
2. DEGs的識別及hub基因的鑒定
對TCGA-GBM和GTEx隊(duì)列進(jìn)行差異性分析，共篩選出3911個差異表達(dá)基因（DEGs，2021個上調(diào)，1901個下調(diào)）（圖2A）。然后對TCGA-GBM進(jìn)行WGCNA分析，識別出8個模塊（圖2D），其中綠松石色和棕色的模塊與GBM的發(fā)育顯著相關(guān)。將ECs的標(biāo)記基因與WGCNA的模塊基因相交，并進(jìn)行單變量COX回歸分析，鑒定出28個基因與GBM預(yù)后相關(guān)（圖2E、F）。
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3. 不同分子亞型識別
根據(jù)單變量分析獲得的DEGs，使用NMF算法將所有患者分為兩個聚類（圖3A）。生存曲線結(jié)果顯示，聚類2的患者比聚類1的患者具有更好的OS（圖3D）。MCPCounter算法顯示聚類2中細(xì)胞毒性淋巴細(xì)胞的浸潤水平較高，而聚類1中成纖維細(xì)胞的浸潤水平較高（圖3C）。提示這兩個聚類具有不同預(yù)后和免疫學(xué)特征。經(jīng)過兩組基因表達(dá)的差異性分析，56個基因在聚類2中下調(diào)，12個基因在聚類2中上調(diào)（圖3E）。GO和KEGG富集分析，這些DEGs與生物過程（BP）類別中的“傷口愈合”和“水解酶活性的負(fù)調(diào)控”，細(xì)胞成分（CC）類別中“含有膠原的細(xì)胞外基質(zhì)”，以及分子功能（MF）類別的“內(nèi)肽酶抑制劑活性”有關(guān)（圖3F），此外也與糖尿病中的HIF-1、P53和信號通路有關(guān)（圖3G）。
4. 預(yù)后模型的構(gòu)建與驗(yàn)證
對28個預(yù)后基因進(jìn)行LASSO和多變量COX回歸分析，最終建立了一個包含四個基因的預(yù)后模型（TUBA1C、RPS4X、KDELR2和SLC40A1）（圖4A）。根據(jù)風(fēng)險評分中位數(shù)分為高風(fēng)險組和低風(fēng)險組。生存曲線顯示，與低風(fēng)險組相比，高風(fēng)險組患者的OS更差（圖4B），并且風(fēng)險評分對GBM患者的OS具有良好的預(yù)測能力（圖4C）。此外，單因素和多因素COX分析顯示，與其他常見的臨床特征相比，風(fēng)險評分可以作為GBM患者的獨(dú)立預(yù)后因素（圖4D）。
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5. 不同風(fēng)險組之間突變情況、免疫相關(guān)和基因富集分析
卡方檢驗(yàn)直方圖顯示，僅高風(fēng)險組與IDH突變狀態(tài)有關(guān)（圖5F）。瀑布圖顯示TP53、TTN和PTEN是高風(fēng)險組和低風(fēng)險組中最常見的突變基因（圖5A、B）。不同算法結(jié)果顯示基底膜腫瘤微環(huán)境中免疫細(xì)胞的浸潤與風(fēng)險評分之間存在相關(guān)性（圖5C）。此外，較高的風(fēng)險評分與CD276、CD274和CD44的免疫檢查點(diǎn)上調(diào)顯著相關(guān)（圖5D）。GSEA富集分析顯示，P53信號通路、細(xì)胞周期、DNA修復(fù)和肌動蛋白細(xì)胞骨架的調(diào)節(jié)在高風(fēng)險組富集，而帕金森病、核糖體、阿爾茨海默病和神經(jīng)活性配體受體相互作用在低風(fēng)險組富集（圖5E）。
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文章小結(jié)
這篇文章利用10×scRNA-seq數(shù)據(jù)獲得內(nèi)皮細(xì)胞的標(biāo)記基因，結(jié)合bulk RNA-seq數(shù)據(jù)并利用WGCNA分析構(gòu)建了GBM的預(yù)后模型+分子亞型。雖然整體內(nèi)容沒有脫離常規(guī)預(yù)后模型分析套路，但用上“內(nèi)皮細(xì)胞”這一切入點(diǎn)后，身價倍增，毫不遜色，發(fā)到 4.5分+絕對名副其實(shí)！內(nèi)皮細(xì)胞目前的生信發(fā)文量還不多，屬于黃金搶發(fā)期！超高性價比，感興趣的朋友，換個疾病快快學(xué)起來吧~
布小谷之聲
如果您的時間和精力有限或者缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，并且對生信分析和思路設(shè)計(jì)有所需要的話，“生信鳥”非常樂意為您提供如下服務(wù)：免費(fèi)思路評估、付費(fèi)生信分析和方案設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施等，有意向的小伙伴歡迎咨詢布小谷哦！??
