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2022-09-23 TS MedSci原创

肿瘤生信分析
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随着生物信息学的发展，肿瘤研究日益步入大数据时代，生物信息学也成为了肿瘤学研究发表文章的主要方法，但是单纯的生物信息学很难在顶级期刊成功发表，必须要配合以验证工作。

随着生物信息学的发展，肿瘤研究日益步入大数据时代，生物信息学也成为了肿瘤学研究发表文章的主要方法，但是单纯的生物信息学很难在顶级期刊成功发表，必须要配合以验证工作。
 
今天我们通过一篇今年8月13日发表于Oncogene上的一篇文章“Loss of FGFR4 promotes the malignant phenotype of PDAC”讲述一下如何做好生物信息学与实验验证的配合，并用我们自己的方式实现内容的升华，助力大家发表高水平文章。
 
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一、研究背景
 
胰腺导管腺癌 (PDAC) 是一种外分泌性胰腺上皮恶性肿瘤，预后极差，是全世界最致命的癌症。目前新兴的分类方式将胰腺上皮肿瘤主要分为两种亚型：经典/祖细胞和基底样/鳞状细胞亚型，基底样/鳞状细胞亚型与胰腺内胚层特性的丧失以及基底样细胞主调节因子程序因子有关且预后最差。成纤维细胞生长因子受体 (FGFR) 轴参与了内胚层胰腺细胞的成熟，可能与这种亚型肿瘤的发生密切相关。
 
二、研究思路
 
1. 第一步：确定疾病：胰腺癌（经典亚型/鳞状细胞亚型）；确定靶点：FGFR4
这部分的特色是引用了最新的分型方法；
 
2. 第二步：FGFR家族表达+预后（结合生信及临床样本双维度说明，FGFR4为主）；
 
3. 第三步：全面验证- FGFR1与胰腺癌生物功能的关系（生信+细胞敲减实验进行验证分子标志物）；
 
升级版：如果通过临床样本验证出FGFR1与EMT标志物的相关性可提供充足的人源数据，使得文章内容更完整，更具说服力；
 
4. 第四步：亚型分析-FGFR4 与分子亚型（分析得出FGFR4 在基底样/鳞状胰腺癌中表观遗传下调，靠近热点问题，明确分型原因）；
 
升级版：如果加上自己的测序数据以及通过双荧光素/CHIP-PCR对转录因子进行验证会更加全面；
 
5. 第五步：表型验证- FGFR4与胰腺癌恶性生物学行为（分别从细胞、小鼠荷瘤层面验证了生长及转移表型，并将重点放在转移表型）；
 
升级版：如果通过临床样本进一步验证是否与转移相关，并通过胰腺癌基因工程鼠敲除FGFR4会达到最佳效果；
 
6. 第六步：强化意义- FGFR4 与基底样/鳞状细胞癌程序表达（生物信息学数据将FGFR4归类为基地类基因）
 
升级版：如果有临床测序数据归类出鳞状细胞癌的患者，并证明与FGFR4表达的相关性，会通过人源化数据进一步说明；
 
7. 第七步：寻找机制-FGFR4 与 mTORC1过度激活（通过生物信息学数据分析得出，并通过细胞实验进行验证）
 
升级版：如果基于FGFR4与mTOR构建预测模型，或者靶向mTOR克服鳞状细胞胰腺癌恶性表型，会提高文章转化意义，使得文章更上一层楼；
三、研究内容
 
Figure1：FGFR4 与胰腺癌的经典亚型相关
为研究FGFR家族与胰腺癌的关系，研究人员通过TCGA数据库比对了与基地样和经典亚型相关的FGFR家族评分，并发现FGFR4在经典亚型中富集（图1A，B）,并通过样本验证发现FGFR4由上皮细胞表达，而FGFR1在基质成分中很突出（图1F），且FGFR4在癌中普遍低表达，且与预后负相关（图1G,H）
 
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Figure1：FGFR4 在胰腺癌分子亚型中差异表达
Tip1：验证一个家族而非单独一个基因的表达，这样会体现到筛选的效果，另外，需要从生物信息学和临床样本层面双维度验证。
 
Figure2：FGFR1 是胰腺癌中 EMT 的功能标志物
 
为研究FGFR1与胰腺癌表型之间的相关性，研究人员通过转录组数据发现FGFR1表达与 EMT 基因的表达正相关（图2A，B），并通过细胞实验进行验证（图2C），发现FGFR1缺陷细胞被分类为基底样（图2I），且其下调导致 EMT 转录表型的显著降低（图2J）。
 
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Figure2：FGFR1 是胰腺癌中 EMT 的功能标志物
Tip2：充分解释另一表达变化靶点，并通过生物信息学数据、细胞实验及临床样本明确其与胰腺癌表型之间的相关性。
Figure3：FGFR4 在基底样/鳞状胰腺癌中表观遗传下调
FGFR4 的表达降低可能是由于遗传或表观遗传机制，研究人员通过TCGA中的甲基化数据，发现鳞状细胞亚型中FGFR4的下调与基因的高甲基化有关（图3A，B），且FGFR4与转录因子HNF1A呈显着正相关（图3C）。在HNF1A 缺陷型胰腺癌中，FGFR4的显著下调（图3E），且HNF1A的下调与FGFR4的表达减少和ZEB1和FGFR1的表达增加有关（图3F）。
 
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Figure3：FGFR4 在基底样/鳞状胰腺癌中表观遗传下调
 
Tip3：对于FGFR4在肿瘤中差异表达的原因可进行分析：转录/翻译后修饰，转录可与热点现象表观遗传相挂钩，并结合生信数据和实验测序数据进行验证，明确转录因子，并通过双荧光素酶及CHIP-PCR进行验证。
 
Figure4：FGFR4 的丢失与胰腺癌恶性生物学行为有关
为了评估 FGFR4 在胰腺癌表型中的功能相关性，研究人员通过胰腺肿瘤细胞原位移植构建胰腺癌模型，并发现敲除FGFR4后可显著促进胰腺癌的生长和转移（图4E-I）
 
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Figure4：缺氧诱导的效应基因表观遗传失活依赖于HIF1α
Tip4：解释完某一靶基因在肿瘤中的表达后，就需探讨其功能，此处需结合动物实验（基因工程鼠为最佳模型）、临床样本及细胞实验全面说明。
Figure5：FGFR4 丢失导致胰腺癌中基底样/鳞状细胞程序的表达
 
研究人员探索经典背景中FGFR4的丢失是否会导致胰腺癌细胞特性的变化，并发现HPAF-II 细胞中的FGFR4敲低导致这种经典细胞系的转录组发生重大变化（图5A），尤其是与分子亚型相关的基因（图5B），且缺陷型细胞被归类为基地样（图5C），并通过生物信息学数据得到验证（图5H,I）。
 
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Figure5：FGFR4 丢失导致胰腺癌中基底样/鳞状细胞程序的表达
Tip5：可通过生物信息学数据及实验验证完成亚型分类内容，另外可结合临床样本测序分类进一步证实。
 
Figure6：FGFR4 的缺失与胰腺癌中 mTORC1 的过度激活有关
 
为进一步研究FGFR4在胰腺癌发挥恶性表型的机制，研究人员通过转录组学结合生物信息学数据发现FGFR4的缺失与mTOR通路的激活显著相关（图6A,B），并通过实验进行验证（图6G-E）。
 
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Figure6：FGFR4 的缺失与胰腺癌中 mTORC1 的过度激活有关
Tip5：通过生物信息学数据及组学数据分析机制，明确通路，并通过临床样本及细胞实验进行系统验证。
 
Tip6：最后需要加入转化内容，基于FGFR4构建基地样胰腺癌预后预测模型，加强诊断性转化意义，或者通过靶向抑制mTOR进行基地样胰腺癌的治疗，会加强转化意义，大幅度提高文章水平。
四、总结
 
综上所述，这篇文章通过生物信息学数据发现现象，然后通过实验验证现象，达到双维度或者三维度验证的效果，在生物信息学文章发文时值得我们借鉴。此外，我们也可以通过文中介绍的一些技巧对这种类型的研究进行升级，做到“更全面的验证，更完整的逻辑，更有意义的研究”，会使得文章更上一层楼。

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