《Scientific Reports》：Identification of hub genes and construction of a survival prediction model for patients with nasopharyngeal carcinoma
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本研究针对鼻咽癌(NPC)缺乏精准预后生物标志物的临床难题，通过生物信息学分析筛选出AURKA、BUB1、CDK1等7个枢纽基因，并在120例临床样本中验证其预后价值。创新性地构建了整合临床参数与基因表达的多变量预测模型，该模型在ROC曲线下面积(AUC)达0.939，NRI和IDI分别提升0.233和0.194，显著优于传统临床模型，为鼻咽癌个体化预后评估提供了新工具。
在华南地区，鼻咽癌的发病率在过去二十年中持续居高不下，成为严重威胁公众健康的恶性肿瘤。尽管放疗技术已从二维放疗发展到调强放疗，显著改善了患者的局部区域控制和5年生存率，但临床仍缺乏能够准确预测患者生存结局的生物标志物。这一瓶颈问题制约了鼻咽癌的个体化治疗决策和预后评估。
为破解这一难题，中南大学湘雅医院的研究团队在《Scientific Reports》发表了最新研究成果。研究人员通过整合基因表达数据库GSE61218和GSE12612683的转录组数据，系统分析了鼻咽癌组织与正常组织的差异表达基因。研究发现2080个差异表达基因中，有1344个基因在肿瘤组织中显著上调，736个基因下调。这些基因显著富集在DNA复制、有丝分裂核分裂等生物学过程，以及细胞周期、p53信号通路等关键通路。
通过蛋白质相互作用网络分析和多种算法交叉验证，研究团队成功筛选出7个核心枢纽基因：AURKA、AURKB、BUB1、BUB1B、CCNA2、CCNB2和CDK1。这些基因在肿瘤组织中均呈现显著高表达，且均与细胞周期调控密切相关。其中，AURKA（极光激酶A）和BUB1（有丝分裂检查点丝氨酸/苏氨酸激酶）作为重要的细胞周期调控因子，在多种肿瘤中均被发现异常表达。
为验证这些枢纽基因的临床价值，研究团队收集了2008-2013年间在中南大学湘雅医院接受放疗的120例鼻咽癌患者的肿瘤样本。中位随访时间达2669天，期间26例患者死亡。通过多重免疫荧光技术检测发现，死亡组患者肿瘤组织中AURKA、BUB1和CDK1的蛋白表达水平显著高于存活组，而CCNA2和CCNB2的表达无显著差异。
生存分析进一步证实，AURKA、BUB1或CDK1高表达患者的总体生存率显著降低。基于这些发现，研究人员构建了包含性别、年龄、T分期、N分期、M分期以及BUB1和AURKA表达水平的生存预测模型。该模型在预测1500天、2000天和3000天生存率的AUC值分别达到0.832、0.927和0.939，显示出卓越的预测性能。
与仅包含临床参数的模型相比，新模型的净重分类改善指数(NRI)和综合判别改善指数(IDI)分别提高0.233和0.194，校准曲线和决策曲线分析均表明新模型具有更好的校准度和临床实用性。这标志着鼻咽癌预后评估从单纯依赖临床分期向整合分子标志物的精准医学模式迈出了重要一步。
研究采用的关键技术方法包括：从GEO数据库获取基因表达数据并进行批次效应校正；使用limma包筛选差异表达基因；通过STRING数据库构建蛋白质相互作用网络并利用Cytoscape软件的cytoHubba插件识别枢纽基因；采用多重免疫荧光技术检测临床样本中枢纽基因的蛋白表达水平；运用多变量Cox回归构建预测模型，并通过ROC曲线、AUC、NRI、IDI和决策曲线分析等多种统计学方法全面评估模型性能。
Identification of hub genes of NPC
研究人员通过生物信息学分析发现，鼻咽癌组织中存在2080个差异表达基因，其中1344个基因上调，736个基因下调。这些基因显著富集于DNA复制、有丝分裂核分裂等生物学过程，以及细胞周期、p53信号通路等通路。通过多种算法交叉验证，最终确定AURKA、AURKB、BUB1、BUB1B、CCNA2、CCNB2和CDK1这7个基因为鼻咽癌的关键枢纽基因。
High expression levels of hub genes were significantly associated with a low overall survival rate
临床样本验证显示，死亡组患者鼻咽癌组织中AURKA、BUB1和CDK1的蛋白表达水平显著高于存活组。生存分析表明，AURKA、BUB1或CDK1高表达患者的总体生存率显著降低，而CCNA2和CCNB2的表达水平与患者生存率无显著相关性，提示AURKA、BUB1和CDK1可能作为鼻咽癌预后的潜在生物标志物。
Construction and evaluation of the survival prediction model based on the hub genes
研究成功构建了包含性别、年龄、T分期、N分期、M分期以及BUB1和AURKA表达水平的生存预测模型。该模型在不同时间点的AUC值均高于0.83，显示出良好的区分能力。与仅包含临床参数的模型相比，新模型在NRI和IDI上均有显著改善，决策曲线分析表明新模型能带来更大的临床净获益。
研究结论表明，EB病毒感染相关的DNA复制和细胞周期异常是鼻咽癌发生发展的重要机制。AURKA、BUB1和CDK1作为关键的细胞周期调控基因，其高表达与鼻咽癌患者不良预后密切相关。整合临床参数和枢纽基因表达水平的预测模型具有优异的预测性能和临床实用性，为鼻咽癌的精准预后评估提供了新策略。
该研究的创新之处在于将生物信息学筛选与临床验证相结合，首次系统性地揭示了细胞周期相关枢纽基因在鼻咽癌预后评估中的价值。然而，研究也存在一定局限性，如缺乏健康鼻咽组织对照、样本量有限等。未来需要多中心大样本研究进一步验证，并深入探索AURKA和BUB1在鼻咽癌细胞中的具体功能机制。这项研究为鼻咽癌的个体化治疗和预后管理提供了重要的理论依据和实践指导。
