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

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

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

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

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

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

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

图A展示了NPRS低表达和高表达的免疫浸润差异分析情况；图B-F展示了免疫细胞组分和NPRS score之间的相关性

6. 预后得分NPRS与临床指标的相关分析

图A和图B用用小提琴图的方式展示了NPRS与临床指标的关联；图C用森林图展示了各指标的的单变量cox分析结果；图D-K展示了NPRS和临床指标各个组合之间的生存分析结果；图L和M用ROC展示了临床指标作为预后marker的性能；图N和图O展示了临床指标与NPRS score之间的相关性

7. 诺莫图展示模型效能

图A用诺莫图展示了预后模型；图B和图C用校正曲线展示了模型效能；图D和图E用各个时间点的AUC指标展示模型效能

这篇文章是基于公共数据库的纯生信分析的文章，可以借鉴其思路，在其他类型的代谢相关疾病和神经退行性疾病中研究NAD+相关基因的作用，我们也可以通过学习复现文章中的分析结果来锻炼和提高自己的数据分析能力。

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