基于差异代谢网络的泛癌代谢分析

发布时间：2021-07-15 13:14

　　目的基因组规模代谢网络模型（genome-scale metabolic model,GEM）是当前癌症代谢研究常用的一种分析工具,高质量的癌症代谢网络有助于人们了解癌症内部的代谢特征。泛癌代谢分析需要为多种癌症构造代谢网络模型,然而传统的直接基于癌症基因表达或蛋白质数据进行的网络重构方法,无法避免引入癌症所在组织的代谢特征,从而影响探寻疾病本身的代谢特点。为了削弱组织代谢特征对研究的影响,更加准确地提取癌症相对正常组织细胞在代谢层面上发生的变化,提出一种基于差异代谢网络的泛癌代谢分析方法。方法以癌症基因组图谱（The Cancer Genome Atlas,TCGA）数据库中17种癌症作为分析对象,通过分析癌症及癌旁组织的基因表达数据,采用基因芯片线性模型（linear models for microarray analysis,Limma）工具包分别提取这17种癌症的差异表达基因,并将人类全基因组规模代谢网络Recon3D作为背景网络,结合代谢网络重构算法FASTCORE为每种癌症构建差异代谢网络。最后联合多种癌症网络利用流量平衡分析（flux balance analysis,... 

【文章来源】：北京生物医学工程. 2020,39(05)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

基于差异代谢网络的泛癌代谢分析流程

通过统计17种癌症差异代谢网络中所有的运输反应，对其取交集，得到了22个所有癌症共有的运输反应。这些反应主要集中在胞外向细胞液运输，细胞液向高尔基体、细胞核以及溶酶体运输。胞外与胞内的运输反应特别值得关注，其反应了癌症细胞与外界物质的交换，22个所有癌症共有的运输反应中有7个反应属于这一类型，涉及氧气、磷脂酰乙醇胺（phosphatidylethanolamine,PE）、磷脂酰甘油、磷脂酰丝氨酸（phosphatidylserine,PS）以及UTP等物质。脂质运输占了所有共性运输反应的一大部分，当前脂质组学也越来越多地用于疾病特异性生物标志物的鉴定和验证[13]。PS是人类细胞中必不可少的成分，有研究显示PS在多种癌细胞类型中过度表达，癌细胞通过增强PS的含量来抑制树突状细胞成熟，减少细胞毒性并引发肿瘤生长。目前已有药物用于靶向具有PS结合特异性的多种癌细胞[14]。此外PE被认为是前列腺癌的生物标志物，磷脂酰甘油也被证明与结直肠癌有关[13]。实验结果与当前癌症研究结果较为吻合，因此有理由猜测这两种物质虽然只在单一或少量癌症中被验证，但可作为进一步研究的对象，未来有潜力扩展到多癌症范围。2.2 流量平衡分析方法

基于预定义的目标函数，使用线性规划的方法可以求解代谢反应在代谢网络稳态下（Sv=0）的流量分布情况，S是指由n个反应和m个代谢物经过代谢重构转换为的化学计量矩阵，稳态约束的例子如图3所示。矩阵的列（R1～R4）代表了代谢网络中的反应，行（A～D）代表了代谢物，而矩阵中的数字代表了代谢反应中的化学计量数（正负代表方向），以反应R1举例，其化学方程式为：


本文编号：3285773