Este estudio obtuvo una exención de revisión ética por parte del Comité de Ética Médica del Primer Hospital Popular de Zhaoqing (número de referencia B2026-08-03). El estudio utilizó datos genéticos y transcriptómicos de nivel resumen, recopilados retrospectivamente y sin identificación, incluyendo datos de acceso controlado aprobados por los Comités de Acceso a Datos procedentes de EGAD00010001657 y conjuntos de datos obtenidos de GEO, eQTLGen y GTEx, de acuerdo con sus condiciones aplicables de acceso y uso. No se reclutaron nuevos participantes, no se recolectaron biospecímenes y no se accedió a datos a nivel de participante que pudieran identificarse. La aprobación ética y el consentimiento informado para los estudios originales fueron obtenidos por los generadores correspondientes de los datos, y los datos de acceso controlado se utilizaron de conformidad con el Acuerdo de Acceso a Datos aplicable.
Diseño del estudio
Este estudio empleó un marco multietapa para priorizar genes relacionados con la ferroptosis asociados a la susceptibilidad del glioblastoma (GBM) y evaluar sus efectos transcripcionales relevantes para la enfermedad (Figura 1). Primero, los genes relacionados con la ferroptosis, curados de FerrDb V2, se evaluaron mediante aleatorización mendeliana de dos muestras (MR) con datos de locus de rasgo cuantitativo de expresión en cis (cis-eQTL) y un amplio estudio de asociación del genoma completo (GWAS) para GBM. La MR ponderada por varianza inversa (IVW) sirvió como método principal de cribado, la aleatorización mendeliana bayesiana ponderada (BWMR) proporcionó una evaluación complementaria de la robustez, y se utilizó un conjunto de datos independiente de eQTL para la MR en la etapa de replicación. Segundo, los genes respaldados por los análisis genéticos se evaluaron en tres cohortes transcriptómicas independientes de tumor–control, seguidos de un metaanálisis entre cohortes. Tercero, se utilizaron datos transcriptómicos de células individuales derivados de pacientes para realizar una perturbación genética virtual en células malignas e identificar respuestas transcripcionales descendentes reproducibles. Estas respuestas se caracterizaron posteriormente mediante análisis de enriquecimiento funcional y análisis de redes compartidas. En conjunto, los análisis genéticos se diseñaron para identificar genes asociados a la susceptibilidad del GBM, mientras que los análisis transcriptómicos y de célula individual evaluaron la concordancia biológica y generaron hipótesis para validaciones experimentales posteriores.
Fuentes de datos
Los genes relacionados con la ferroptosis se obtuvieron de FerrDb V2, obteniéndose 483 genes humanos únicos con codificación proteica tras la armonización de los símbolos génicos y la eliminación de entradas duplicadas14. Se utilizaron estadísticas resumidas de cis-eQTL (loci cuantitativos de expresión en cis) de sangre total del Consorcio eQTLGen como conjunto de datos de exposición para la aleatorización mendeliana (MR) en la etapa de descubrimiento, mientras que los datos de cis-eQTL en sangre total de la versión V10 de GTEx sirvieron como conjunto de datos de exposición independiente para la MR en la etapa de replicación11,15. Las asociaciones con el resultado del glioblastoma (GBM) se obtuvieron de estadísticas resumidas de estudios de asociación del genoma completo (GWAS) con acceso controlado disponibles a través del European Genome-phenome Archive, que incluyen 6.183 casos y 18.169 controles de ascendencia europea16. La expresión tisular de los genes priorizados genéticamente se evaluó en tres cohortes independientes del Gene Expression Omnibus (GEO): GSE196533, que comprende 61 muestras de glioma grado 4 anotadas como GBM en los metadatos depositados y nueve muestras de cerebro no neoplásico; GSE4290, que incluye muestras de GBM y de cerebro no tumoral derivadas de epilepsia; y GSE116520, que contiene especímenes pareados del núcleo tumoral y peritumorales junto con controles no neoplásicos17,18,19. Se utilizaron datos de Smart-seq2 derivados de pacientes del conjunto GSE131928 para el análisis virtual de perturbación en células malignas20. Las características de los conjuntos de datos y sus respectivos roles analíticos se resumen en Tabla 1. Todos los análisis se realizaron utilizando conjuntos de datos previamente recolectados y desidentificados, para los cuales se había obtenido aprobación ética y consentimiento informado en los estudios originales.
Selección del instrumento genético y armonización de datos
Los instrumentos candidatos se restringieron a los loci de rasgos cuantitativos de expresión en cis (cis-eQTLs) asociados con la expresión génica a nivel de significancia genómica completa (P < 5 × 10⁻8). Las variantes se agruparon utilizando el panel de referencia europeo del Proyecto 1000 Genomas con un umbral de desequilibrio de ligamiento (LD) de r2 < 0,001 dentro de una ventana de 10.000 kb. Se excluyeron de los análisis primarios de aleatorización mendeliana (MR) los genes que conservaron menos de tres instrumentos independientes tras la agrupación. Dado el objetivo de cribado exploratorio, se estableció previamente un mínimo de tres instrumentos para conservar genes con apoyo escaso pero fuerte de cis-eQTLs, permitiendo al mismo tiempo la estimación mediante IVW con múltiples instrumentos. Este umbral se acompañó de una agrupación estricta por LD y filtrado por estadístico F; las estimaciones basadas únicamente en tres o cuatro instrumentos se interpretaron con cautela, y los análisis de sensibilidad se realizaron solo cuando metodológicamente era aplicable. La fuerza del instrumento se evaluó para cada variante mediante el estadístico F (F = β2/SE2), donde β y SE representan la estimación del efecto del cis-eQTL y su error estándar, respectivamente. Se excluyeron las variantes con F < 10 para minimizar el sesgo por instrumentos débiles21,22. Los conjuntos de datos de exposición y resultado se armonizaron alineando los alelos de efecto y las direcciones del efecto. Se excluyeron las variantes duplicadas, las variantes no disponibles en el conjunto de datos GWAS de GBM y las variantes con codificación alélica incompatible. Debido a que las frecuencias de los alelos de efecto no estaban disponibles para el GWAS de GBM, se eliminaron las variantes palindrómicas con orientación de cadena ambigua en lugar de inferirlas. Por la misma razón, no se realizó una prueba formal de direccionalidad de Steiger.
Los análisis de aleatorización mendeliana
Se evaluó la asociación entre la expresión génica predicha genéticamente y la susceptibilidad al GBM mediante aleatorización mendeliana de dos muestras (MR). En la etapa de descubrimiento, solo se incluyeron genes con al menos tres instrumentos independientes de locus cuantitativo de expresión cis (cis-eQTL), y el método ponderado por varianza inversa (IVW) se utilizó como enfoque analítico principal. Las estimaciones del efecto se informaron como razones de momios (OR) con intervalos de confianza del 95 % (IC) por cada unidad de aumento en la expresión génica predicha genéticamente. Para tener en cuenta las pruebas múltiples entre los genes evaluados, los valores P de IVW se ajustaron mediante el procedimiento de Benjamini–Hochberg23. Se conservaron como candidatos exploratorios los genes con P < 0,05 y una tasa de descubrimiento falso de Benjamini–Hochberg (BH-FDR) < 0,20. Se eligió este umbral de FDR relativamente permisivo para reducir la exclusión prematura de genes potencialmente relevantes durante la etapa de descubrimiento; por lo tanto, el estatus de candidato se interpretó junto con análisis posteriores, y no como evidencia confirmatoria. Posteriormente, se aplicó la aleatorización mendeliana ponderada bayesiana (BWMR) a los candidatos de la etapa de descubrimiento, utilizando los mismos instrumentos armonizados24. La concordancia entre los resultados de IVW y BWMR se evaluó según la significación estadística y la dirección del efecto. Siempre que el número de instrumentos disponibles lo permitió, se realizaron la prueba Q de Cochran, la prueba del intercepto MR-Egger, MR-PRESSO y análisis leave-one-out para evaluar la heterogeneidad, la pleiotropía horizontal, las variantes atípicas influyentes y el efecto de polimorfismos de nucleótido único (SNP) individuales22.
Se realizó la replicación en la etapa de validación mediante datos de eQTL cis en sangre total de GTEx V10. Se aplicó el método de la razón de Wald cuando solo estaba disponible un instrumento, mientras que se utilizó el método IVW para los genes con dos o más instrumentos. La replicación se definió por un valor de P < 0,05, BH-FDR < 0,20 y una dirección del efecto consistente con la estimación correspondiente en la etapa de descubrimiento. Dado que varias estimaciones de replicación de GTEx se basaron únicamente en uno o dos instrumentos, se interpretaron como evidencia de apoyo a la replicación, más que como evidencia independiente de causalidad.
Evaluación transcriptómica entre cohortes
Los cuatro genes priorizados mediante los análisis de aleatorización mendeliana (MR) en las etapas de descubrimiento y replicación se evaluaron en tres cohortes transcriptómicas independientes. Para GSE196533, los datos brutos de conteo de secuenciación de ARN se analizaron utilizando DESeq225. Se excluyeron los genes con conteos inferiores a 10 en todos los muestras excepto dos, mientras que los cuatro genes objetivo se conservaron independientemente del filtrado de expresión. Se evaluó la expresión diferencial entre 61 muestras de glioma grado 4 anotadas como GBM en los metadatos depositados y nueve muestras de cerebro no neoplásico.
Para GSE4290, se excluyeron cuatro muestras que carecían de un diagnóstico histopatológico explícito, quedando 77 muestras de GBM y 23 muestras de cerebro sin tumor. Las intensidades de la matriz procesadas se transformaron mediante log2, se normalizaron por cuantiles y se analizaron utilizando modelos lineales robustos de Bayes empírico implementados en limma26. Cuando múltiples sondas se asignaban al mismo gen, se seleccionó la sonda con la expresión media más alta en todas las muestras incluidas, independientemente de la significancia de la expresión diferencial.
GSE116520 incluyó especímenes apareados de núcleo tumoral y peritumorales de 17 pacientes, junto con ocho controles no neoplásicos. Los datos de expresión depositados, transformados logarítmicamente y normalizados por cuantiles, se analizaron utilizando limma. Las correlaciones intra-paciente entre muestras de núcleo tumoral y peritumorales se consideraron mediante bloqueo a nivel del paciente y la función duplicateCorrelation. La comparación entre núcleo tumoral y control fue la prespecificada para el metaanálisis entre cohortes, mientras que las comparaciones peritumorales y la tendencia ordenada control–peritumoral–núcleo tumoral se evaluaron por separado.
Los cambios específicos del estudio en el log2 de la razón de expresión y los errores estándar se agruparon utilizando un modelo de efectos aleatorios con verosimilitud máxima restringida y una inferencia de Hartung–Knapp, tal como se implementó en metafor. La heterogeneidad entre estudios se evaluó mediante el estadístico Q de Cochran y la I2. Los valores P agrupados para los cuatro genes diana se ajustaron utilizando el procedimiento de Benjamini–Hochberg. Se consideró un apoyo transcripcional sólido cuando la tasa de descubrimientos falsos (FDR) del metaanálisis fue < 0,05, hubo significancia del FDR a nivel de cohorte en al menos dos conjuntos de datos y la dirección de los efectos fue concordante en las tres cohortes.
Análisis virtual de eliminación a nivel de célula individual
Se utilizaron datos derivados de pacientes mediante Smart-seq2 del conjunto GSE131928 para evaluar los cuatro genes replicados por MR en células malignas. Las células malignas adultas se identificaron según las anotaciones proporcionadas en el estudio original, y se seleccionó aleatoriamente un número igual de células de cada paciente elegible para minimizar el desequilibrio en la representación de pacientes. Se realizó un silenciamiento virtual mediante scTenifoldKnk y se repitió en cinco ejecuciones independientes. Los genes con un valor de P ajustado por Benjamini–Hochberg < 0,05 en una ejecución individual se consideraron significativos. Los genes descendentes reproducidos en al menos tres de las cinco ejecuciones se definieron como el conjunto principal de consenso, mientras que para el análisis de sensibilidad se aplicó un criterio más estricto de cuatro de cinco. Estos resultados se interpretaron como predicciones computacionales de perturbación transcripcional, y no como evidencia de regulación molecular directa.
Enriquecimiento funcional y análisis de redes compartidas
Se realizó un análisis de enriquecimiento funcional utilizando genes diana específicos identificados de forma reproducible en al menos tres de cinco simulaciones virtuales de interrupción génica. El enriquecimiento de vías en Gene Ontology (GO), el Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) y Reactome se evaluó mediante pruebas hipergeométricas unilaterales, utilizando como conjunto génico de fondo los 1.004 genes incluidos en la inferencia de la red. Los valores de P se ajustaron por separado para cada base de datos de anotación utilizando el procedimiento de Benjamini–Hochberg, y se consideró estadísticamente significativo un valor de P ajustado < 0,05.
Se construyó una red bipartita para representar las relaciones entre los cuatro objetivos de eliminación génica y sus genes descendentes de consenso. Los genes asociados con múltiples objetivos se identificaron en función de su grado compartido, y se cuantificó el solapamiento entre los conjuntos de genes específicos de cada objetivo mediante recuentos de intersección y los índices de Jaccard. Las aristas de la red representan asociaciones entre perturbaciones computacionales reproducibles y no deben interpretarse como evidencia de interacciones moleculares directas.
Análisis estadístico y reproducibilidad
A menos que se indique lo contrario, las pruebas estadísticas fueron bilaterales, y los múltiples comparaciones se ajustaron mediante el procedimiento de Benjamini–Hochberg. Los criterios de significancia específicos para cada análisis se describen en las secciones correspondientes. Todos los análisis se realizaron utilizando R o Python. Los procedimientos aleatorizados utilizaron semillas predeterminadas, y el código analítico, las versiones del software y los ajustes detallados de parámetros se archivaron para garantizar la reproducibilidad. Todos los conjuntos de datos se habían recopilado previamente y se encontraban desidentificados; se obtuvo la aprobación ética y el consentimiento informado en los estudios originales.