Características inmunitarias de los genes diana de fármacos relacionados con la anestesia perioperatoria en análisis transcriptómicos espaciales y de célula individual
Se utilizó SCTransform para corregir la profundidad de secuenciación y aplicar procedimientos, identificando finalmente 11 tipos celulares diferentes. Para evaluar la importancia de los genes diana relacionados con anestesia perioperatoria (PARDTGs) en cada subpoblación celular, empleamos el paquete AUCell de R para determinar las actividades relacionadas con PARDTGs en cada subpoblación celular (Figura 1A,B). Posteriormente, calculamos la correlación entre la abundancia celular y las actividades asociadas a PARDTGs en todos los loci mediante la correlación de rangos de Spearman. Destacablemente, las actividades relacionadas con PARDTGs mostraron una correlación negativa con las células tumorales (Figura 1C). Obtenimos datos de secuenciación de ARN unicelular de 5 pacientes con OV, que incluían un total de 41.367 células. Basándonos en la expresión de genes marcadores, las células se clasificaron en 11 grupos principales (Figura 1D). Las redes de interacción y sus intensidades para el tipo celular se muestran en la Figura 1E. Evaluamos la actividad de PARDTGs en todas las células individuales puntuando la expresión de 120 PARDTGs mediante ssGSEA en Seurat (Figura 1F). Sorprendentemente, las células tumorales mostraron una actividad marcadamente menor que todos los demás tipos celulares (Figura 1G).
Identificación y caracterización molecular de genes diana de fármacos relacionados con la anestesia perioperatoria en el cáncer de ovario
A partir de la base de datos TCGA, identificamos 68 PARDTGs con expresión diferencial, que se muestran en la Figura 2A (véase también la Tabla Suplementaria S3). La Figura 2B describe la expresión de estos 68 DEGs asociados a la anestesia perioperatoria en la cohorte TCGA-OV. Posteriormente, construimos una red de interacción de proteínas (PPI) para elucidar las relaciones complejas entre las proteínas asociadas a los DEGs. Identificamos cinco genes centrales potenciales—SLC6A4, CHRNA4, DRD2, SLC6A3 y GRIN2A—que podrían tener efectos importantes en la patogénesis del cáncer de ovario (Figura 2C). Además, investigamos el perfil de alteraciones moleculares de 120 PARDTGs en el cáncer de ovario, siendo las mutaciones sin sentido el tipo de variante más común (Figura 2D). Los genes más frecuentemente mutados fueron SCN10A, DNMT1, GRIN2A, LTF y SCN11A. Exploramos la prevalencia de mutaciones por variación del número de copias (CNV), y los resultados revelaron que los 20 PARDTGs con mutaciones más frecuentes presentaron alteraciones significativas de CNV (Figura 2E). El enriquecimiento GO y KEGG indicó que los PARDTGs están asociados a la señalización de ligandos neuroactivos, vías de señalización del calcio, señalización hormonal, adicción a la anfetamina, adicción a la cocaína y a interacciones entre ligandos neuroactivos y receptores (Figura 2F,G).
Construcción y validación de un modelo pronóstico basado en genes diana relacionados con fármacos de anestesia perioperatoria
Para minimizar la complejidad del modelo, se utilizó StepAIC para reducir el conjunto de genes, y finalmente se conservaron 17 PARDTGs para construir el modelo pronóstico (Tabla suplementaria S4). La prueba global de residuos de Schoenfeld no mostró una desviación significativa del supuesto de proporcionalidad de riesgos (p = 0,265), lo que respalda la fiabilidad del modelo pronóstico de 17 genes. El puntaje de riesgo se calculó utilizando la siguiente ecuación: puntaje de riesgo = ADRA1D*(0.4452) + ADRB1*(-0.5347) + CHRNA4*(0.3495) + DBH*(-0.5765) + EPHA4*(0.2827) + EPHA7*(-0.5707) + EPHA8*(0.8765) + GABRB2*(0.5979) + GRIN2A*(-0.1750) + GRIN2D*(0.2746) + KCNA1*(2.2753) + KRT81*(0.1101) + OPRD1*(-3.2372) + SLC6A2*(1.4901) + SLC18A1*(4.2170) + SLC18A2*(-1.4600) + CHRNA1*(-0,1723). Posteriormente, los pacientes se dividieron en categorías de bajo y alto riesgo según sus puntuaciones de riesgo, mostrando el grupo de bajo riesgo una supervivencia global (OS) significativamente mejorada en comparación con el grupo de alto riesgo en el TCGA-OV (Figura 3A, p < 0.0001), cohorte GSE26193 (Figura 3B, p = 0,00021), cohorte GSE30161 (Figura 3C, p = 0,0017) y cohorte GSE63885 (Figura 3D, p = 0,0041). Además, Figura 3E–H ilustran las distribuciones del estado de supervivencia y de las puntuaciones de riesgo en las cohortes TCGA-OV, GSE26193, GSE30161 y GSE63885, proporcionando evidencia independiente de la estabilidad y fiabilidad predictiva del modelo pronóstico en OV.
Establecimiento y evaluación de un modelo de supervivencia basado en un nomograma
Tanto los análisis de regresión de Cox univariados como multivariados demostraron que el puntaje de riesgo sirvió como un predictor independiente del pronóstico en pacientes con cáncer de ovario (Figura 4A,B). En la Figura 4C se ilustra la distribución de la expresión génica del modelo, los puntajes de riesgo correspondientes y las características clínico-patológicas en la cohorte TCGA-OV. Para mejorar la aplicabilidad clínica, se estableció un nomograma pronóstico que incorpora el puntaje de riesgo junto con la edad, la etapa tumoral y el grado para estimar la supervivencia global (OS) (Figura 4D). En comparación con la firma génica por sí sola, el nomograma integrado logró un rendimiento predictivo superior. El análisis de supervivencia mostró además una OS significativamente más larga en el grupo de bajo riesgo que en el grupo de alto riesgo (Figura 4E; P < 0,0001). El modelo combinado produjo valores de AUC dependientes del tiempo de 0,769, 0,690 y 0,728 para la predicción de OS (Figura 4F). El análisis de curva de decisión respaldó la utilidad clínica potencial del nomograma al demostrar un beneficio neto mayor en un rango de probabilidades umbral (Figura 4G). Además, los gráficos de calibración indicaron una estrecha concordancia entre las probabilidades de supervivencia predichas y observadas, lo que sugiere una buena calibración del modelo (Figura 4H). En conjunto, estos resultados indican que el nomograma propuesto posee una fuerte capacidad predictiva para evaluar el pronóstico de pacientes con OV.
Asociación del modelo pronóstico basado en PARDTG con la infiltración inmunitaria y el microambiente inmunitario tumoral
Para caracterizar la infiltración inmunitaria, se cuantificó la abundancia de células inmunitarias en las muestras. Se identificaron diecisiete genes significativamente asociados con células inmunitarias infiltrantes en el tumor, entre los cuales ADRA1D, KCNA1 y SLC18A2 mostraron correlaciones positivas con macrófagos M2 (Figura 5A). A continuación, investigamos los patrones de localización celular de estos genes. El análisis de gráficos de puntos reveló que KRT81 se expresaba predominantemente en células CD8Tex y Tprolif, mientras que la expresión de EPHA4 estaba principalmente enriquecida en células endoteliales y fibroblastos, lo que sugiere su posible participación en compartimentos celulares distintos dentro del microambiente tumoral (Figura 5B). Además, evaluamos las puntuaciones TIDE de los pacientes y observamos que el subgrupo de alto riesgo presentaba puntuaciones TIDE más altas y una correlación positiva (Figura 5C). Asimismo, las puntuaciones de enriquecimiento de estaminalidad fueron significativamente más altas en el grupo de alto riesgo que en el grupo de bajo riesgo (Figura 5D). El análisis de mutaciones somáticas reveló una frecuencia de mutación general alta en ambos grupos de riesgo (Figura 5E,F). Entre ellos, las frecuencias de mutación de CSMD3 y MUC16 fueron más altas en las muestras de alto riesgo.
El análisis GSEA reveló que las vías relacionadas con el sistema inmunitario, incluyendo el procesamiento y la presentación de antígenos y el rechazo de aloinjertos, estaban significativamente enriquecidas en el grupo de bajo riesgo, mientras que las vías asociadas a la invasión y movilidad tumorales, como la regulación del citoesqueleto de actina, los proteoglicanos en el cáncer y las proteínas motoras, se enriquecieron predominantemente en el grupo de alto riesgo (Figura 5G,H). Estos hallazgos sugieren que los pacientes en el grupo de alto riesgo podrían presentar una respuesta limitada a la inmunoterapia.
Identificación y análisis de red de PARDTG pronósticos en el cáncer de ovario
Para elucidar el mecanismo, identificamos 490 miARNs y 17 redes reguladoras potenciales de biomarcadores (Figura 6A). Entre ellos, hsa-miR-27a-3p, hsa-miR-34a-5p, hsa-miR-106b-5p y hsa-miR-20b-5p tienen el potencial de regular la mayoría de los genes. En última instancia, nuestros resultados de investigación identificaron 37 factores de transcripción que regulan los genes candidatos para el diagnóstico (Figura 6B). Además, se encontró que FOXC1 también posee múltiples funciones reguladoras.
Análisis pan-cancero de la expresión de KRT81
Datos de RNA-seq de TCGA fueron obtenidos para evaluar KRT81 expresión. Los resultados sugirieron que estaba altamente expresado en la mayoría de los cánceres, pero expresado a bajos niveles en GBM, LGG, SKCM, TGCT y THCA (Figura 7A). Para verificar el resultado de que KRT81 se expresa altamente en el cáncer de ovario, según se determinó mediante análisis bioinformático, realizamos un experimento de inmunotransferencia (western blot). Los resultados indicaron que KRT81 la expresión se elevó significativamente en los tejidos tumorales en comparación con los tejidos normales y fue en gran medida consistente con los datos transcriptómicos de TCGA (Figura 7B, Suplementario Figura S1, y Tabla suplementaria S5). Para ilustrar las relaciones entre KRT81 y cáncer, examinamos la expresión génica y las infiltraciones de células inmunitarias (Figura 7C). El análisis reveló que KRT81 la expresión mostró una correlación positiva con la infiltración de linfocitos T, Tregs y macrófagos M2 en la mayoría de los cánceres. Además, la expresión de KRT81 se asoció positivamente con los puntajes estromales e inmunitarios en la mayoría de los cánceres (Figura 7D). Además, analizamos la correlación entre KRT81 expresión y Puntuación de Aneuploidía, y el gráfico de radar mostró que KRT81 se correlacionó con la Puntuación de Aneuploidía en UCEC, SARC, LUAD, LIHC y KIRP (Figura 7E). Luego analizamos la correlación entre KRT81 y ploidía tumoral, y el gráfico de radar mostró que KRT81 se correlacionó con la ploidía tumoral en THCA, TGCT, SARC, MESO, LIHC y CESC (Figura 7F). Luego, el gráfico de radar mostró que KRT81 se correlacionó con las neoantígenos SNV en UCEC, THYM, LUAD, LIHC, GBM y BRCA (Figura 7G). Además, el análisis en línea de cBioPortal reveló que la frecuencia más alta de KRT81 la mutación génica se encontraba en UCEC, cuyos tipos más frecuentes eran "mutación" y "amplificación" (Figura 7H, I). Mediante análisis de regresión univariante de riesgo proporcional de Cox, identificamos que KRT81 era un predictor para la supervivencia global (OS) en KIRC, LUAD y STAD (Figura 7J).
Disponibilidad de datos:
Los conjuntos de datos disponibles públicamente analizados en este estudio están disponibles en TCGA, UCSC Xena y GEO. Las imágenes originales de inmunotransferencia y los datos cuantitativos correspondientes generados durante este estudio se proporcionan en los Materiales Suplementarios (Supplementary Figure S1 y Supplementary Table S5).

Figura 1. Características asociadas a PARDTG en los análisis espaciales y de scRNA-seq. (A,B) Mapa espacial de la intensidad de expresión de PARDTG (C), correlación de Spearman de la actividad asociada a PARDTG. (D) Análisis de los tipos celulares. (E) Análisis del número y la fuerza de interacciones entre tipos celulares. (F) Valor de enriquecimiento de PARDTG en las células. (G) Distribución de PARDTG. Abreviaturas: PARDTG = genes diana relacionados con anestesia perioperatoria; scRNA-seq = secuenciación de ARN a nivel celular único. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2. Panorama de alteraciones genéticas de los PARDTG en pacientes con OV. (A) Representación en gráfico de volcán de los genes diferencialmente expresados (DEG) en OV (azul: DEG regulados a la baja; rojo: DEG regulados al alza; gris: genes estables), FDR < 0,05 y |log2FC| > 1. (B) Mapa de calor que muestra las características expresadas diferencialmente entre los grupos OV y normales. El azul corresponde al grupo normal, el rojo al grupo OV, el cuadrado azul representa baja expresión y el cuadrado amarillo representa alta expresión. (C) Red de interacción proteína-proteína (PPI) de los DEG relacionados con anestesia perioperatoria, obtenida del sitio web String. (D) Los 20 PARDTG principales en la cohorte TCGA. (E) Frecuencias de ganancia de CNV, pérdida y no-CNV entre los 20 PARDTG principales. (F) Gráfico de puntos (dotplot) de los términos GO enriquecidos. (G) Gráfico de barras de las vías KEGG enriquecidas. OV = cáncer de ovario; GO = Ontología Genética; KEGG = Enciclopedia de Genes y Genomas de Kioto; PPI = interacción proteína-proteína. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3. Construcción y validación de una firma pronóstica basada en PARDTG para el cáncer de ovario. (A-D). Supervivencia global (OS) en pacientes de bajo y alto riesgo en (A) TCGA-OV, (B) GSE26193, (C) GSE30161, (D) GSE63885. (E-H) Distribución del puntaje de riesgo asociado a PARDTG utilizando el estado de supervivencia y el tiempo en (E) TCGA-OV, (F) GSE26193, (G) GSE30161, (H) GSE63885. Haga clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

Figura 4. Construcción y validación de un nomograma pronóstico basado en la firma de riesgo derivada de PARDTG. (A,B) Las características clínico-patológicas y los puntajes de riesgo en la cohorte TCGA-OV. (C) La distribución de las características clínicas y la expresión de los genes del modelo según el puntaje de riesgo. (D) Un nomograma para predecir el pronóstico en pacientes con OV. (E) Análisis de Kaplan-Meier para dos grupos de OV. (F) Análisis de la curva ROC en TCGA-OV. (G) El DCA muestra los beneficios netos del nomograma y de otras características clínicas. (H) Los gráficos de calibración muestran la supervivencia global (OS) en TCGA-OV. Abreviaturas: ROC = característica de operación del receptor; DCA = análisis de curva de decisión. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5. Análisis del microambiente tumoral en pacientes de bajo y alto riesgo. (A) Correlación entre las células inmunitarias infiltrantes del tumor y los genes en el modelo pronóstico relacionado con PA. (B) Gráfico de burbujas que muestra la expresión promedio y la proporción de biomarcadores pronósticos en diferentes subtipos celulares. (C) Gráfico de violín de las puntuaciones TIDE. (D) Gráfico de violín de las puntuaciones de enriquecimiento de la tumorigenicidad. (E,F) Gráfico de cascada que representa las características de las mutaciones somáticas en categorías con puntuación de (E) bajo riesgo y (F) alto riesgo. (G,H) Resultados del GSEA de las vías KEGG en el subgrupo de (G) bajo riesgo y (H) alto riesgo. Abreviaturas: TIDE = Tumor Immune Dysfunction and Exclusion; GSEA = Gene Set Enrichment Analysis. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6. Análisis de la red de interacciones de marcadores pronósticos. (A) Red coregulatoria de marcadores pronósticos de miARN. (B) Red coregulatoria de marcadores pronósticos de factores de transcripción. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 7. Nivel de expresión, características inmunitarias y alteraciones genéticas de KRT81 en tumores humanos. (A) Expresión de KRT81 en tumores del TCGA y tejidos adyacentes. (B) Análisis por inmunotransferencia de la expresión proteica de KRT81 en tejidos normales adyacentes y tumorales apareados de seis pacientes con cáncer de ovario (n = 6). Las intensidades relativas de las bandas se normalizaron respecto a GAPDH, y los datos se analizaron mediante una prueba t pareada. Los datos se presentan como media ± DE. (C) Correlación entre KRT81 y la proporción de células inmunitarias, mostrada mediante un mapa de calor. (D) Correlación entre KRT81 y las puntuaciones inmunitaria, estromal y ESTIMATE, mostrada en un mapa de calor. (E-G) Correlación entre la expresión de KRT81 y (E) la puntuación de aneuploidía, (F) la ploidía tumoral, (G) los neoantígenos por SNV en las bases de datos del TCGA. (H) Mutaciones de KRT81 en diferentes tipos de cáncer procedentes de la base de datos cBioPortal. (I) Distribución de los sitios de mutación de KRT81 en pan-cáncer. (J) Análisis de regresión de Cox pan-cáncer de KRT81 en los cánceres del TCGA. *p < 0,05; ***p < 0,001; ****p < 0,0001. Abreviaturas: SNV = Variante de nucleótido único; N = normal; T = tumor. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Tabla suplementaria S1: Genes diana de fármacos relacionados con la anestesia perioperatoria. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Tabla suplementaria S2: Descripción del flujo de muestras.Haga clic aquí para descargar este archivo.
Tabla suplementaria S3: Genes diana de fármacos relacionados con la anestesia expresados diferencialmente durante el período perioperatorio. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Tabla suplementaria S4: Genes diana de fármacos relacionados con la anestesia perioperatoria con valor pronóstico.Haga clic aquí para descargar este archivo.
Tabla suplementaria S5: Datos originales de inmunotransferencia.Haga clic aquí para descargar este archivo.
Figura suplementaria S1: Datos originales del inmunotransferencia.Haga clic aquí para descargar este archivo.