Combining Metabolomics and Machine Learning to Identify Diagnostic and Prognostic Biomarkers in Patients with Non-Small Cell Lung Cancer Pre- and Post-Radiation Therapy.

Journal: Biomolecules
PMID:

Abstract

Lung cancer is the leading cause of cancer-related deaths globally, with non-small cell lung cancer (NSCLC) accounting for over 85% of cases and poor prognosis in advanced stages. This study explored shifts in circulating metabolite levels in NSCLC patients versus healthy controls and examined the effects of conventionally fractionated radiation therapy (CFRT) and stereotactic body radiation therapy (SBRT). We enrolled 91 NSCLC patients (38 CFRT and 53 SBRT) and 40 healthy controls. Plasma metabolite levels were assessed using semi-targeted metabolomics, revealing 32 elevated and 18 reduced metabolites in patients. Key discriminatory metabolites included ethylmalonic acid, maltose, 3-phosphoglyceric acid, taurine, glutamic acid, glycocolic acid, and d-arabinose, with a combined Receiver Operating Characteristics curve indicating perfect discrimination between patients and controls. CFRT and SBRT affected different metabolites, but both changes suggested a partial normalization of energy and amino acid metabolism pathways. In conclusion, metabolomics identified distinct metabolic signatures in NSCLC patients with potential as diagnostic biomarkers. The differing metabolic responses to CFRT and SBRT reflect their unique therapeutic impacts, underscoring the utility of this technique in enhancing NSCLC diagnosis and treatment monitoring.

Authors

  • Mauricio Murcia-Mejía
    Department of Radiation Oncology, Hospital Universitari de Sant Joan, Institut d'Investigació Sanitària Pere Virgili, Universitat Rovira i Virgili, 43204 Reus, Spain.
  • Marta Canela-Capdevila
    Department of Radiation Oncology, Hospital Universitari de Sant Joan, Institut d'Investigació Sanitària Pere Virgili, Universitat Rovira i Virgili, 43204 Reus, Spain.
  • Raquel García-Pablo
    Department of Radiation Oncology, Hospital Universitari de Sant Joan, Institut d'Investigació Sanitària Pere Virgili, Universitat Rovira i Virgili, 43204 Reus, Spain.
  • Andrea Jiménez-Franco
    Unitat de Recerca Biomèdica, Hospital Universitari de Sant Joan, Institut d'Investigació Sanitària Pere Virgili, Universitat Rovira i Virgili, 43204 Reus, Spain.
  • Juan Manuel Jiménez-Aguilar
    Unitat de Recerca Biomèdica, Hospital Universitari de Sant Joan, Institut d'Investigació Sanitària Pere Virgili, Universitat Rovira i Virgili, 43204 Reus, Spain.
  • Joan Badía
    Statistical Support Platform, Hospital Universitari de Sant Joan, Institut d'Investigació Sanitària Pere Virgili, Universitat Rovira i Virgili, 43204 Reus, Spain.
  • Rocío Benavides-Villarreal
    Department of Radiation Oncology, Hospital Universitari de Sant Joan, Institut d'Investigació Sanitària Pere Virgili, Universitat Rovira i Virgili, 43204 Reus, Spain.
  • Johana C Acosta
    Department of Radiation Oncology, Hospital Universitari de Sant Joan, Institut d'Investigació Sanitària Pere Virgili, Universitat Rovira i Virgili, 43204 Reus, Spain.
  • Mónica Arguís
    Department of Radiation Oncology, Hospital Universitari de Sant Joan, Institut d'Investigació Sanitària Pere Virgili, Universitat Rovira i Virgili, 43204 Reus, Spain.
  • Alina-Iuliana Onoiu
    Unitat de Recerca Biomèdica, Hospital Universitari de Sant Joan, Institut d'Investigació Sanitària Pere Virgili, Universitat Rovira i Virgili, 43204 Reus, Spain.
  • Helena Castañé
    Unitat de Recerca Biomèdica (URB-CRB), Hospital Universitari de Sant Joan, Institut d'Investigació Sanitària Pere Virgili, Universitat Rovira i Virgili, C. Sant Joan s/n, 43201 Reus, Spain.
  • Jordi Camps
    Unitat de Recerca Biomèdica (URB-CRB), Hospital Universitari de Sant Joan, Institut d'Investigació Sanitària Pere Virgili, Universitat Rovira i Virgili, C. Sant Joan s/n, 43201 Reus, Spain.
  • Meritxell Arenas
    Department of Radiation Oncology, Hospital Universitari de Sant Joan, Institut d'Investigació Sanitària Pere Virgili, Universitat Rovira i Virgili, 43204 Reus, Spain.
  • Jorge Joven
    Unitat de Recerca Biomèdica (URB-CRB), Hospital Universitari de Sant Joan, Institut d'Investigació Sanitària Pere Virgili, Universitat Rovira i Virgili, C. Sant Joan s/n, 43201 Reus, Spain.