老酒新装！肿瘤免疫亚型鉴定如何突破发15分+SCI

大家好！今天给大家介绍一篇2022年7月发表在Genome Medicine(IF:15.266)上的一篇文章。作者对肺鳞癌的转录组数据集进行分析并鉴定到一类衰竭免疫亚群。

Identification of a cytokine-dominated immunosuppressive class in squamous cell lung carcinoma with implications for immunotherapy resistance

肺鳞癌中以细胞因子为主的免疫抑制类的鉴定及与免疫治疗耐药性的关系

摘要

背景：免疫检查点阻断（ICB）治疗有益于肺鳞癌（LUSC），然后一部分PD-L1高表达的患者对免疫检查点抑制剂具有抵抗作用。为了了解潜在的耐药机制，需要研究免疫抑制患者的肿瘤微环境和鉴定生物标志物预测患者的耐药性

方法：作者分析LUSC患者的转录组数据并进行无监督聚类分析，作者将患者的表达模式与T细胞衰竭特征，免疫抑制细胞，临床特征和免疫治疗反应进行相关性分析。

结果：大约28%-36%的LUSC患者具有显著的T细胞衰竭特征，免疫抑制细胞比例较高，9个免疫检查点上调，抗炎细胞因子表达水平增加。作者将这些患者定义为衰竭免疫类（EIC），EIC亚群患者的肿瘤浸润淋巴细胞密度较高，预后较差，PD-L1表达水平较高，对ICB治疗具有耐药性。作者开发了一个web程序研究ICB抗性的关系。

结论：作者鉴定到一种新型LUSC免疫抑制亚型，其PD-L1表达水平较高，对ICB治疗具有潜在耐药性。

流程图

结果

1. 数据集的获取和下载

从TCGA和GEO数据库获取624例LUSC患者的转录组数据，包括427例来自TCGA和127例来自GEO。从GEO数据库获取GSE30219和GSE37745数据集作为独立验证集，28例接受抗PD-1治疗的黑色素瘤患者的数据集，GSE78220。

2. 鉴定晚期LUSC患者的衰竭免疫亚型

NMF分析鉴定到LUSC样本的4个亚簇（图1A），ssGSEA分析表明簇2的免疫打分和基质打分较高，因此将簇2定义为免疫基质簇（图1B）。免疫基质簇的免疫细胞包括T细胞，B细胞和巨噬细胞等浸润水平较高（图1C）。此外，使用DNA甲基化数据评估白细胞分数，免疫基质簇的白细胞分数较高（图1D），肿瘤浸润淋巴细胞（TILs）较高（图1E）。抑制受体的表达水平分析表明免疫基质簇中这些基因表达水平显著上调（图1F）。免疫基质簇的样本富集多种TEX基因集。基于上述抑制受体的表达水平和TEX信号基因集的富集分数，作者鉴定到一个新的亚群，定义为衰竭免疫亚群（EIC）（图1H）。

图1 使用训练集鉴定EIC

3. EIC的分子特征为细胞因子富集

为了研究EIC的分子特征，作者基于训练集的GSEA分析鉴定到富集于EIC的48条KEGG通路和17个标志基因集，尤其是富集与EIC的细胞因子相关通路（图1I）。作者使用ClueGO对253个EIC中特异表达的基因构建KEGG通路网络（图1J），大多数基因与细胞因子和不提有关，介导免疫反应和炎症反应。EIC亚组和其他亚组进行差异分析鉴定到167个DEGs，将这些基因定义为衰竭免疫相关基因。

4. EIC的内部验证

随后，作者使用其余TCGA样本验证上述结果，NMF分析同样鉴定到4个簇（图2A），使用ssGSEA分析的富集打分和基因表达水平计算打分，鉴定到簇2的免疫打分和基质打分高于其他簇（图2B）。此外，簇2的免疫细胞和与TEX相关的细胞因子特征基因富集程度较高（图2B）。因此，同样将簇2定义为衰竭免疫亚群。免疫细胞浸润水平分析表明，EIC的免疫细胞浸润比例较高（图2C），白细胞比例较高（图2D），肿瘤浸润淋巴细胞比例较高（图2E），多个抑制受体上调表达（图2F）。

图2 EIC亚群的内部验证

5. 晚期LUSC中EIC亚群的预后较差

KM分析表明，晚期LUSC患者中EIC亚群的OS和PFS较差（图3A和3D）。多因素分析表明，EIC是晚期LUSC患者的独立预后因子（图3G）。然而，对于早起LUSC来说EIC亚群与其他亚群的OS和PFS没有差异（图3B和3E）。对于，LUSC整体数据集来说，EIC亚群的OS和PFS较差（图3C和3F）。

图3 EIC亚群和其他亚群的预后分析

6. EIC亚群与免疫治疗抵抗有关

EIC亚群和其余亚群的PD-L1表达水平分析表明，EIC亚群的PD-L1表达水平高于其他亚群（图4A和4B）。TIDE分析表明，EIC亚群的TIDE打分高于其他亚群，说明EIC亚群可能对ICB治疗具有耐药性。随后，作者计算接受免疫治疗的黑色素瘤患者和LUSC患者的EIC亚群的富集分数。对于黑色素瘤患者来说，无反应组的富集打分较高（图4C）。对于LUSC患者来说，EIC亚群的富集打分较高（图4D）。此外，TGFB1在EIC亚群中的表达水平较高（图4E）。

图4 预测ICB治疗抵抗

7. EIC具有独特的甲基化模式

甲基化数据分析表明，EIC亚群中有162个免疫相关基因启动子区域的216个CpG位点发生差异甲基化（图5A和5B）。有111个基因的甲基化水平与基因表达水平存在显著相关性，说明EIC亚群具有特异性的甲基化谱。与其他亚群相比，ARTN在启动子区域表现出较高的甲基化水平而在EIC亚群中基因表达水平较低（图5C-5E），SMAD7与之相反，此外MYO1G，CCR4和IRF7也表现出过表达和低甲基化。

图5 EIC亚群的甲基化特征

8. EIC亚群的肿瘤突变负荷没有显著差异

突变分析表明，EIC亚群与其他亚群的突变水平没有显著差异（图6A和6D）。体细胞突变负荷和突变新抗原与LUSC衰竭免疫状态的相关性分析表明，在晚期LUSC和早期LUSC中，EIC亚群和其他亚群的突变和新抗原突变没有显著差异（图6B-6C和6E-6F）。在晚期LUSC和早期LUSC中，EIC打分与TMB没有显著相关性（图6G）。在晚期LUSC和早期LUSC中，EIC亚群的细胞扩增数量低于其他类型（图6H-6M）。在EIC亚群中驱动基因的扩增和缺失低于其他类型（图6J-6O）。

图6 EIC亚群的体细胞突变，新抗原和拷贝数变异

9. EIC亚群中IDO蛋白表达水平较高

作者使用LUSC的RPPA数据集研究EIC亚群与其他亚群的蛋白表达水平差异。在晚期LUSC和早期LUSC中EIC亚群的PD-L1和IDO蛋白表达水平较高（图7A和7B）。HPA的免疫组化结果表明不同LUSC患者的IDO免疫组化表达水平不同（图7C）。

图7 IDO蛋白表达水平分析

结论

总的来说，作者鉴定到有30%的LUSC患者存在免疫抑制，PD-L1表达水平升高，但对ICB治疗具有潜在的耐药性并具有TME特有的免疫抑制分子特征。作者的研究为理解ICB耐药的分子机制和不同分子特征的患者提供合适的免疫治疗测序提供有价值的信息。本研究的亮点在于作者鉴定到LUSC的一种亚型并使用多个数据集进行验证。然而，本研究的局限性在于还需要一定的实验验证本研究的结果。