文献阅读：NAD+代谢相关基因在肌萎缩侧索硬化症中的预后研究

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文章链接：

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fcell.2022.831273/full

文章标题

Circulating NAD+ Metabolism-Derived Genes Unveils Prognostic and Peripheral Immune Infiltration in Amyotrophic Lateral Sclerosis

背景：

Nicotinamide adenine dinucleotide, 简称为NAD+, 即烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，又叫做诺加因子，是人体中的一种重要辅酶。NAD+参与人体内上千种氧化还原的酶反应，其功能有很多。

低NAD+水平与多种疾病有关，包括代谢性疾病和神经退行性疾病）。目前，科学研究表明，恢复和增加NAD+水平可以防止进行性神经退行性变，促进线粒体功能活动，逆转能量代谢损伤，增强对氧化应激的保护。

本研究的目的是调查外周NAD+代谢相关基因是否可以被确定为肌萎缩侧索硬化症(ALS)患者的预后因素。提取ALS患者全血NAD+代谢相关基因（NMRG）的转录数据，并结合一系列生物信息学和机器学习方法筛选稳健的候选基因，并建立模型，以预测ALS患者的总体预后价值。

文章的思路如下

文献阅读：NAD+代谢相关基因在肌萎缩侧索硬化症中的预后研究_数据

1. 从GEO数据库中筛选了两个ALS的基因表达谱数据 GSE112676和GSE112680, 作为待分析集合，并从ArrayExpress筛选出一个数据集作为外部验证集

2. 对于GEO的原始数据，经过归一化，校正批次效应等预处理之后，得到ALS和正常对应的基因表达谱数据

3. 通过ALS患者和正常样本的差异分析和GSEA分析，研究ALS与NAD+代谢通路的关系

4. 提取ALS患者的NMRG基因的表达谱，进行一致性聚类，得到ALS患者的NMRG分子亚型，并研究不同亚型之间的预后差异

5. 将所有ALS患者随机分为训练接和验证集，通过LASSO回归模型得到预后模型NPRS

6. 通过NPRS score的大小，将ALS患者分为高表达和低表达组，结合免疫细胞浸润，生存分析，ROC曲线等分析方法，评估NPRS score作为biomark的有效性

7. 综合NPRS和临床指标，构建一个综合的预后模型，并通过诺莫图等相关方法评价模型性能

文章中各个步骤的分析结果展示如下

1. ALS患者NMRG基因表达图谱

文献阅读：NAD+代谢相关基因在肌萎缩侧索硬化症中的预后研究_ci_02

图A以热图的形式展现了NMRG基因表达谱的总体情况；图B展示了NAD+代谢通路的GSEA富集分析结果；图C展示了ALS患者和正常人CTRL之间的NMRG差异基因结果；

2. ALS患者NMRG基因分子亚型

文献阅读：NAD+代谢相关基因在肌萎缩侧索硬化症中的预后研究_ci_03

图A是一致性聚类的结果，可以看到分成了4个亚型；图B用umap降维方法展示不同亚型的基因表达；图C用热图的形式展示不同亚型的基因表达；图D展示不同亚型的生存分析结果；图E展示亚型2和4之间NMRG差异基因结果

3. 亚型间的差异分析

文献阅读：NAD+代谢相关基因在肌萎缩侧索硬化症中的预后研究_ci_04

图A和图B展示了亚型2和4之间GSEA分析结果，图C展示了亚型间免疫浸润差异结果

4. NMRG预后模型NPRS分析

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图A展示了纳入NPRS回归模型中的各个基因的系数；图B和图C展现了NPRS低表达和高表达组之间的生存分析；图D用冲击图的形式展示了亚型，NRPS和生存结局的分布；图E和F展示了NPRS低表达和高表达组生存时间的分布；图G,H,I用ROC曲线展示了训练集，验证集，外部验证集3个队列之间的模型性能；图J和K用箱体图的方式展示了NPRS和临床指标的关联性；图L和图M用散点图的方式展示了NPRS和临床指标的关联性

5. ALS患者免疫浸润

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