國(guó)自然熱門(mén)領(lǐng)域腫瘤免疫關(guān)鍵通路——cGAS-STING

2018年，腫瘤免疫療法獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，這開(kāi)啟開(kāi)腫瘤免疫治療的大門(mén)，這也被稱為“抗癌藥物第三次革命”。諸多生物醫(yī)藥公司布局腫瘤免疫療法，促進(jìn)腫瘤免疫成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。腫瘤免疫在國(guó)自然基金申請(qǐng)上也呈爆發(fā)趨勢(shì)，基金中標(biāo)數(shù)逐年遞增且增量可觀。研究方向主要涉及：腫瘤治療，腫瘤免疫，自身免疫，機(jī)體損傷修復(fù)。

今天我們講一篇關(guān)于腫瘤免疫的熱門(mén)通路——cGAS-STING的文章，本文章沒(méi)有實(shí)驗(yàn)，純生信分析，比較友好。題名為An Analysis of the Expression and Association with Immune Cell Infiltration of the cGAS/STING Pathway in Pan-Cancer，影響因子7.032。該通路近年來(lái)受到腫瘤免疫相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者的廣泛關(guān)注，并且高分文章層出不窮。這項(xiàng)研究檢測(cè)了cGAS / STING信號(hào)通路中四個(gè)關(guān)鍵分子（cGAS，STING，TBK1和IRF3）的表達(dá)譜，探討了它們?cè)诿庖呒?xì)胞浸潤(rùn)人類(lèi)腫瘤組織中的潛在作用，并揭示了其價(jià)值分析癌癥全基因組癌癥基因組圖譜（TCGA）數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)癌癥患者的預(yù)后。

泛癌中基于MB21D1，TMEM173，TBK1和IRF3的表達(dá)普遍提高了cGAS / STING信號(hào)

首先通過(guò)TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)分析MB21D1，TMEM173，TBK1和IRF3在18種腫瘤組織和對(duì)照組織中的表達(dá)。與正常組織相比，在大多數(shù)惡性腫瘤類(lèi)型中，MB21D1 mRNA的表達(dá)顯著增加，但在胰腺腺癌（PAAD），甲狀腺腺癌（THCA），皮膚皮膚黑色素瘤（SKCM）和子宮內(nèi)膜子宮內(nèi)膜癌（UCEC）中表達(dá)沒(méi)有顯著差異，只有前列腺腺癌（PRAD）下調(diào)。結(jié)直腸癌（COAD）、腎腎透明細(xì)胞癌（KIRC）、胃腺癌（STAD）和THCA中腫瘤組織中TMEM173的表達(dá)顯著上調(diào)，而在肺腺癌（LUAD）、肺鱗癌（LUSC）、PRAD和UCEC中，TMEM173的表達(dá)顯著下調(diào). 半數(shù)以上的惡性腫瘤中檢測(cè)到TBK1的表達(dá)上調(diào)，包括膀胱癌（BLCA）、乳腺癌（BRCA）、COAD、頭頸部鱗癌（HNSC）、KIRC、腎乳頭狀細(xì)胞癌（KIRP）、肝細(xì)胞癌（LIHC）、LUAD、LUSC，只有UCEC中下調(diào)。除了PAAD和SKCM外，幾乎所有檢測(cè)到的癌癥類(lèi)型都上調(diào)了IRF3基因表達(dá)?？紤]到這些分子在cGAS/STING信號(hào)傳導(dǎo)中的關(guān)鍵作用，這些分子在大多數(shù)檢測(cè)到的癌癥類(lèi)型中的高表達(dá)意味著這種信號(hào)在泛癌中普遍升高。

MB21D1，TMEM173，TBK1和IRF3的啟動(dòng)子甲基化水平在不同類(lèi)型的惡性腫瘤中有所不同

在本研究中發(fā)現(xiàn)，cGAS/STING信號(hào)在泛癌中普遍增強(qiáng)，為了揭示這些分子上調(diào)的機(jī)制，通過(guò)分析泛癌中的MethHC數(shù)據(jù)庫(kù)，研究了MB21D1、TMEM173、TBK1和IRF3基因啟動(dòng)子的甲基化狀態(tài)。結(jié)果表明，MB21D1基因的啟動(dòng)子在宮頸鱗癌（CESC）、KIRC、KIRP和PAAD中顯著低甲基化，但在COAD、LIHC、LUSC和PRAD中顯著高甲基化。TMEM173基因在COAD、HNSC、KIRC、PAAD、SKCM和THCA中顯著低甲基化，但在BRCA、LUAD、LUSC、PRAD和UCEC中呈高甲基化。TBK1基因啟動(dòng)子的甲基化水平在LIHC和THCA中缺乏，在CESC、KIRC、LUSC和PAAD中升高。IRF3基因啟動(dòng)子的甲基化水平僅在PRAD中缺失，但在KIRC、LUSC和PAAD中升高。

MB21D1、TMEM173、TBK1和IRF3基因的體細(xì)胞突變率較高

先前的研究中TMEM173基因中的SNP導(dǎo)致的STING對(duì)cGAMP的感知能力受損，表明基因突變也可能影響cGAS/STING信號(hào)的活性。因此，評(píng)估了MB21D1、TMEM173、TBK1和IRF3基因在泛癌中的突變狀態(tài)。結(jié)果表明，在所有的基因型中，TBEM21173的突變頻率與TMB173相似。MB21D1基因的前三個(gè)最高突變率分別出現(xiàn)在COAD、READ和UCEC中，TMEM173基因的前三個(gè)最高突變率出現(xiàn)在COAD、SKCM和UCEC中。此外，TBK1基因最高的三個(gè)突變率出現(xiàn)在CESC、COAD和UCEC中。對(duì)于IRF3基因，前三位最高的突變率出現(xiàn)在BLCA、READ和UCEC中。MB21D1、TMEM173、TBK1和IRF3基因的最高突變率都出現(xiàn)在UCEC中，這表明UCEC中的cGAS/STING信號(hào)可能受到明顯的損害。

腫瘤微環(huán)境中MB21D1、TMEM173、TBK1、IRF3基因表達(dá)與腫瘤微環(huán)境免疫浸潤(rùn)的相關(guān)性分析

  動(dòng)物模型的證據(jù)表明cGAS/STING信號(hào)在抗腫瘤免疫中起重要作用。因此，評(píng)估了cGAS/STING信號(hào)中四個(gè)關(guān)鍵分子的表達(dá)與腫瘤微環(huán)境中免疫細(xì)胞浸潤(rùn)的相關(guān)性，腫瘤微環(huán)境是泛癌抗腫瘤免疫的關(guān)鍵過(guò)程。

為了研究每種基因?qū)γ庖呒?xì)胞浸潤(rùn)的影響，共檢測(cè)了28個(gè)腫瘤浸潤(rùn)白細(xì)胞亞群，包括16個(gè)適應(yīng)性免疫細(xì)胞和12個(gè)先天免疫細(xì)胞。MB21D1、TMEM173、TBK1或IRF3的表達(dá)與這些TIL之間的相關(guān)性如圖，其中節(jié)點(diǎn)大小表示相關(guān)性顯著性，顏色表示相關(guān)性程度。發(fā)現(xiàn)MB21D1的表達(dá)主要與泛癌中CD4 T細(xì)胞、CD8 T細(xì)胞、T輔助細(xì)胞和自然殺傷T（NKT）細(xì)胞的浸潤(rùn)有關(guān)，而TMEM173與泛癌中所有免疫細(xì)胞的浸潤(rùn)幾乎呈正相關(guān)，尤其是在BLCA、BRCA、LIHC、PRAD和THCA。然而，TBK1和IRF3對(duì)免疫浸潤(rùn)的影響主要為陰性，TBK1的表達(dá)僅與泛癌中CD4 T細(xì)胞（包括活化的CD4 T細(xì)胞、效應(yīng)記憶CD4 T細(xì)胞和2型輔助T細(xì)胞）的浸潤(rùn)呈正相關(guān)。相比之下，IRF3的表達(dá)與效應(yīng)記憶CD4 T細(xì)胞、記憶B細(xì)胞、2型T輔助細(xì)胞和未成熟DC的浸潤(rùn)呈負(fù)相關(guān)，但與活化的CD8 T細(xì)胞和CD56暗淡的自然殺傷細(xì)胞的浸潤(rùn)呈正相關(guān)。這些結(jié)果表明cGAS/STING信號(hào)在抗腫瘤免疫中的作用并不一致。

MB21D1、TMEM173、TBK1和IRF3基因的表達(dá)可預(yù)測(cè)癌癥患者的預(yù)后

通過(guò)分析cGAS/STING信號(hào)的關(guān)鍵分子與個(gè)體免疫細(xì)胞浸潤(rùn)的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)MB21D1和TMEM173的表達(dá)主要與泛癌中適應(yīng)性和先天性免疫細(xì)胞的陽(yáng)性浸潤(rùn)有關(guān)，而TBK1和IRF3的表達(dá)與免疫浸潤(rùn)呈負(fù)相關(guān)，提示MB21D1、TMEM173、TBK1和IRF3可能在腫瘤患者的預(yù)后中發(fā)揮不同的作用。因此，評(píng)估了MB21D1、TMEM173、TBK1和IRF3基因表達(dá)對(duì)癌癥患者預(yù)后的預(yù)測(cè)價(jià)值。驚訝的是，在18種癌癥類(lèi)型中，MB21D1和TMEM173的表達(dá)水平不能預(yù)測(cè)任何癌癥類(lèi)型的預(yù)后，除非MB21D1的高表達(dá)預(yù)測(cè)COAD患者的預(yù)后不良。在LUAD中TBK1的高表達(dá)表明預(yù)后不良，但在READ患者中預(yù)測(cè)預(yù)后良好。相比之下，高IRF3表達(dá)可預(yù)測(cè)COAD、KIRC和PRAD患者的預(yù)后不良，但僅表明PAAD患者預(yù)后良好。

作者首次揭示了cGAS/STING信號(hào)在泛癌組織中高度表達(dá)。還發(fā)現(xiàn)，高水平上調(diào)的cGAS/STING信號(hào)與某些腫瘤類(lèi)型的免疫細(xì)胞浸潤(rùn)呈負(fù)相關(guān)，與這些發(fā)現(xiàn)一致，發(fā)現(xiàn)高水平的cGAS/STING信號(hào)可預(yù)測(cè)某些癌癥患者的預(yù)后不良。本研究提示，在臨床應(yīng)用刺激肽激動(dòng)劑進(jìn)行抗癌免疫治療之前，有必要對(duì)cGAS/STING信號(hào)在腫瘤免疫和腫瘤進(jìn)展中的作用進(jìn)行深入全面的評(píng)價(jià)。