Выявлены лучшие генные сигнатуры для оценки гипоксии в опухоли

Гипоксия — недостаток кислорода в тканях — играет ключевую роль в развитии рака, вызывая метаболические изменения, снижая эффективность лечения и повышая геномную нестабильность. Попытки разработки терапевтических стратегий, нацеленных на ткани, испытывающие гипоксию, часто оказывались малоэффективными, что, возможно, связано с отсутствием четких критериев отбора пациентов, которые могут получить наибольшую пользу от такого подхода. Генные сигнатуры экспрессии рассматриваются как перспективные суррогатные маркеры гипоксии, но их практическое применение затруднено. Международная группа под руководством исследователей из Оксфордского университета провела масштабный анализ 70 генных сигнатур гипоксии и 14 методов их оценки, который может изменить подходы к диагностике и терапии рака. Ученые подчеркивают, что точный выбор сигнатуры критически важен, поскольку ошибки в определении опухолей, испытывающих гипоксию, могут снижать эффективность противораковых препаратов, нацеленных на них.

Авторы провели систематический обзор 70 публикаций, отобранных из трех основных баз данных, в которые вошли 104 клеточные линии и 5407 опухолевых образца. Размер сигнатур варьировал от 3 до 759 генов, при этом медиана составляла 24 гена, а средний размер сигнатуры — 55. Анализ выявил, что несколько генов, включая HIF-1, часто встречались в сигнатурах, однако ни один ген не был представлен во всех. Также были обнаружены пути, связанные с реакцией на стресс эндоплазматического ретикулума, процессингом белков и рядом нераковых состояний.

Для оценки точности результатов исследователи провели анализ с использованием 472 миллионов случайных генных сигнатур. Гипоксические и нормоксические образцы сравнивались с помощью аналитической платформы, позволяющей оценивать эффективность различных методов сводной статистики генной экспрессии, таких как среднее, медиана и межквартильное среднее (IQM).

Авторы подтвердили, что выбор метода статистической обработки данных существенно влияет на точность определения гипоксии. Наилучшие показатели (94% точности) продемонстрировала комбинация сигнатуры Tardon и IQM, которая исключает влияние выбросов, вычисляя среднее значение между первым (Q1) и третьим (Q3) квартилями. Сигнатура Tardon, состоящая из 19 генов, была получена при анализе клеток глиобластомы, подвергнутых воздействию 1% кислорода в течение 48 часов. Несмотря на то, что изначально ее разрабатывали на клетках глиобластомы, она показала высокую эффективность в разных типах клеток и при различных уровнях гипоксии. Ошибки классификации сигнатурой Tardon, выявленные у некоторых образцов, наблюдались и при использовании других сигнатур, что может свидетельствовать о влиянии экспериментальных условий, таких как длительность гипоксии.

В клинических образцах наиболее точные результаты продемонстрировали сигнатуры Buffa и Ragnum. Buffa включает 51 ген и была разработана на основе анализа опухолей головы, шеи и молочной железы, полученных непосредственно от пациентов, что повышает ее клиническую значимость. Сигнатура Ragnum, состоящая из 32 генов, была создана на основе четырех линий клеток рака простаты и доработана с использованием клинических образцов пациентов. Несмотря на схожесть задействованных сигнальных путей, эти сигнатуры пересекаются всего по четырем генам. Анализ сигнальных путей показал, что Ragnum обогащена генами, связанными с гликолизом, глюконеогенезом и углеводным обменом, что подтверждает связь между гипоксией и метаболическими изменениями в опухолях.

Наибольший потенциал для клинических испытаний продемонстрировали комбинации Buffa/среднее и Ragnum/IQM, что было подтверждено трехэтапным анализом. Дополнительно авторы выявили, что высокие показатели по этим сигнатурам коррелируют с худшим прогнозом у пациентов с различными типами рака, и это согласуется с предыдущими исследованиями о влиянии гипоксии на выживаемость.

Это исследование включает крупнейший анализ и валидацию генных сигнатур гипоксии, предлагающий ценные рекомендации для лабораторных и клинических исследований. Оно подчеркивает необходимость дальнейших работ по оценке сигнатур в разных тканях, на данных секвенирования единичных клеток и при различных уровнях гипоксии. Авторы отмечают, что используемые клеточные линии не всегда отражают полную гетерогенность гипоксических реакций. Расширение валидации на менее изученные модели, такие как колоректальный рак и рак почек, повысило бы надежность результатов.

Макрофаги способны преодолевать иммуносупрессивный эффект гипоксии в микроокружении опухоли