三张图的miRNA简单分析如何发6分？

今天给大家带来的是2020年3月发表在Cancers (Basel)（IF=6.162）杂志上的文章“ Model-Based Integration Analysis Revealed Presence of Novel Prognostic miRNA Targets and Important Cancer Driver Genes in Triple-Negative  Breast Cancers ”。在这篇文章作者首先分析了三阴型乳腺癌差异表达miRNA进而分成三大类，随后进一步筛选出与预后相关的miRNA，并构建了与无远处转移生存相关的18-miRNA和与与总体生存相关的10-miRNA。然后，作者还分析了三阴性乳腺癌的mRNA表达差异并分成两大类。最后，作者结合mRNA与miRNA构建miRNA-mRNA网络。

Model-Based Integration Analysis Revealed Presence of Novel Prognostic miRNA Targets and Important Cancer Driver Genes in Triple-Negative Breast Cancers基于模型的整合分析揭示了三阴性乳腺癌中新的预后性miRNA靶标和重要的癌症驱动基因的存在

一.研究背景

三阴性乳腺癌（TNBC）是一种缺乏雌激素受体（Er）、孕激素受体（Pr）和人表皮生长因子受体2（Her2）的异质性癌症，占所有类型乳腺癌的15％，目前治疗选择有限，分子预后靶标不足

miRNA是一类非编码小RNA，在转录过程中降低mRNA的丰度和翻译效率，其家族特征非常好，但是只有少数已知的miRNA与功能性组织类型相关，近来有许多研究通过miRNA和mRNA的表达谱发现新的特异性miRNA标记和候选转录因子

二.分析流程

三.结果解读

1.在不同亚型的乳腺癌中miRNA表达有差异

  • 对GSE40267数据集中142乳腺癌样本分类成三阴型乳腺癌组、非三阴型乳腺癌组、正常组织组，进而进行差异分析，得到206个差异表达miRNA，其中对比三阴型乳腺癌组与非三阴型乳腺癌组发现有172miRNA失调

  • 图1A：流程图

  • 图1B：韦恩图展示三阴型乳腺癌组、非三阴型乳腺癌组、正常组织组中miRNA的区别，在所有三组均有差异表达的miRNA为hsa-miR-154、hsa-miR-145和hsamiR-93

  • 图1C：基于表达谱和样品信息对172个miRNA进行无监督聚类将它们分成三组

  • 第一组：53个TNBC下调miRNA，其中两倍变化基因有hsa-miR-92a、hsa-miR-19a 、hsa-miR-17、hsa-miR-20a、hsa-miR-20a、hsa-miR-9，使用KEGG通路分析，上述miRNA均通过靶基因（如：NRAS，APC，RUNX1，BCL2，MAPK9，CCND1，SMAD4，HIF1A，MYC，CDKN1A，VEGFA，PTEN，TGFBR2和JAK1）参与到重要的通路：癌症通路、结直肠通路、膀胱癌和TFG-beta信号通路

  • 第二组：由TNBC的24个与3个上调miRNA组成，其中hsa-mir-574-5p和hsa-mir-320c针对RAB18基因、ABHD13、DKDG 和 FOX12；miRNA hsa-mir-1290此前被用作乳腺癌预后指标。

  • 第三组：大多数为上调miRNA和5个低表达miRNA。5个低表达miRNA为活化调节碘化钠共转运蛋白（NIS）的表达；hsa-mir-127-3p的靶基因为癌基因BCL-6参与了乳腺癌细胞的生长抑制、细胞凋亡和迁移；hsa-miR -654-3p调节前列腺癌的增殖、凋亡、迁移和侵袭；hsa-mir-342-3p 和 hsa-mir-342-5p参与BRCA1表达的调控；mir-92-c家族成员调节β-catenin信号介导EMT通路

图1. 在乳腺癌类型中差异表达的miRNA

2.miRNA 与生存相关

  • 对上面172个表达差异的miRNA通过单变量回归分析得到28个与临床相关的miRNA

  • 其中，hsa-miR-342-3p / 5p和hsa-miR-497和DMFS和OS显著相关，而一个由18个miRNA组成的集合与DMFS显著相关，一个由10个miRNA组成的集合与总体存活率显著相关

  • 表1：展示与无远处转移生存相关的miRNA，发现大多数上调miRNA与较好预后相关，而下调的miRNA有3个与较差预后相关，6个与较好预后相关，说明了miRNA对肿瘤的双重作用

表1. 与DMFS相关的18个miRNA

  • 表2：展示与总体生存率相关的10个miRNA，发现有7个miRNA的上调和3个miRNA的下调，且通过有7个保护性miRNA，3个危险性miRNA

表2. 与OS相关的10个miRNA

  • 图2A：将GSE40267数据集134 例乳腺癌患者以18miRNA表达综合量化为高、中、低风险组，发现高、中风险组无远处转移生存比低风险组差

  • 图2B：将GSE40267数据集134例乳腺癌患者以10-miRNA表达综合量化为高、中、低风险组，发现低风险组生存较好

图2. 生存分析

3.mRNA在乳腺癌类型之间差异表达

  • 对GSE16987数据集中的18个三阴性肿瘤样本和131个非TNBC样本进行差异表达分析，得到在TNBC中显著增加的386个基因，并且通过无监督聚类将386个mRNA分为两组

  • 第一个组：180个下调的mRNA。有19个mRNA此前被作为受体阴性乳腺癌的相关的biomarker。在该簇中观察到的典型通路是细胞周期蛋白和细胞周期调控，细胞周期G1 / S检查点，神经胶质瘤，p53信号传导途径，黑色素瘤和Wnt信号传导途径，其中富含EGFR，CCNE1、FZD9、CDKN2A、SFRP1、CDK6、SERPINB5、FGF9、 MMP7、CALML5、TCF7L1、SHC4和PRKX基因

  • 第二个组：206个上调的mRNA。代表基因为XBP1、SCGB2A2、TFF3，它们此前被证明与TNBC有关；而ESR1、GATA3、AR、CCDC170、MAPT、PGR、PIP为免疫球蛋白中的G结合蛋白；BMP4、GSTM3、GATA3、ESR1、TFF1、NPY1R和IGFBP2则参与雌激素刺激反应。此外，还有包括细胞外基质、电压门控通道活性、生长调节、细胞运动和抗凋亡调节、细胞粘附和细胞因子结合等生物学过程收到明显影响。该簇的调控途径还与MTA-3，ERBB2信号转导和其他致癌途通路的下调有关

图S2. 乳腺癌类型差异表达的mRNA

4.预后miRNA、预测靶标和功能的联系

  • 作者构建了miRNA-mRNA相互作用网络，展示miRNA对对应靶基因mRNA的抑制作用。内部轨道是16个miRNA，其表达量使用GSE40267的数据，外部轨道是对差异表达基因集和5个数据库的预测或验证miRNA的靶基因集取交集的基因，其表达量使用GSE16987的数据。绿色表示miRNA/mRNA表达下调，红色表示则表示上调。

图3. miRNA-mRNA网络

最后小结一下，在这篇文章作者首先分析了三阴型乳腺癌、非三阴型乳腺癌、正常组织中差异表达的miRNA进而分成三大类，并注释每一类中代表性miRNA的功能。随后进一步筛选出与预后相关的miRNA，并构建了与无远处转移生存相关的18-miRNA和与总体生存相关的10-miRNA，进而生存分析验证。然后，作者还分析了三阴性乳腺癌的mRNA表达差异并分成两大类。最后，作者结合mRNA与miRNA构建了miRNA-mRNA网络。

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