TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)和單細(xì)胞測(cè)序數(shù)據(jù)庫(kù)揭示膠質(zhì)瘤免疫浸潤(rùn) 和免疫基因?qū)颊呱娴挠绊?/h1>
欄目:最新研究動(dòng)態(tài) 發(fā)布時(shí)間:2021-03-05
膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(GBM)是最常見(jiàn)的原發(fā)性惡性腦腫瘤,約占所有原發(fā)性惡性腦腫瘤的80%,且預(yù)后不佳,生活質(zhì)量差,中位生存期< 1年。

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(GBM)是最常見(jiàn)的原發(fā)性惡性腦腫瘤,約占所有原發(fā)性惡性腦腫瘤的80%,且預(yù)后不佳,生活質(zhì)量差,中位生存期< 1年。GBM的標(biāo)準(zhǔn)治療是手術(shù)切除,伴隨放療和替莫唑胺化療。雖然由于基因治療、免疫治療、疫苗治療等的發(fā)展,多種治療方法有所改善,管理GBM復(fù)發(fā)的治療選擇依然有限。大多數(shù)基于免疫檢查抑制點(diǎn)的GBM臨床研究和疫苗療法的試驗(yàn)都沒(méi)有成功。通過(guò)免疫治療GBM臨床試驗(yàn)失敗的原因歸因于幾個(gè)因素,包括高度免疫抑制環(huán)境和多種治療耐藥機(jī)制。GBM誘導(dǎo)局部免疫功能障礙和全身免疫抑制,從而引起GBM與周圍腫瘤微環(huán)境之間更復(fù)雜的偶聯(lián)關(guān)系。腫瘤微環(huán)境是局部免疫功能紊亂的至關(guān)重要的因素之一,它為癌細(xì)胞、多種基質(zhì)細(xì)胞和細(xì)胞外成分建立了小生境。腫瘤微環(huán)境在特定條件的建立中起著關(guān)鍵性作用,從而干擾血管生成、細(xì)胞死亡、氧化應(yīng)激和免疫逃逸。越來(lái)越多的研究揭示,腫瘤微環(huán)境不僅在腫瘤的發(fā)生、進(jìn)展和遷移中至關(guān)重要,而且還影響治療耐藥性和惡性腫瘤的產(chǎn)生。腫瘤微環(huán)境的細(xì)胞組成和免疫細(xì)胞的可及性在GBM亞型和患者中表現(xiàn)出較大的變異。這些因素導(dǎo)致GBM的免疫抑制,進(jìn)而導(dǎo)致免疫治療失敗。鑒定與腫瘤微環(huán)境相關(guān)的積極參與類型的免疫基因和免疫細(xì)胞有助于闡明GBM免疫抑制的一般機(jī)制。近期,浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院神經(jīng)外科潘劍威教授及其團(tuán)隊(duì)調(diào)查了GBM中生存相關(guān)的免疫細(xì)胞,并確定了與免疫細(xì)胞浸潤(rùn)相關(guān)的hub基因,相關(guān)研究以“Identification of Immune Cell Infiltration and Immune-Related Genes in the Tumor Microenvironment of Glioblastomas”為題發(fā)表在Front Immunol雜志上,雜志影響因子為5.085。 

技術(shù)路線:

結(jié)果:

1、生存相關(guān)免疫細(xì)胞的來(lái)源和鑒定

作者從TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)下載166例GBM的公開(kāi)數(shù)據(jù),包括RNA-Seq和臨床數(shù)據(jù),使用Kaplan-Meier生存分析免疫細(xì)胞豐度比之間的相關(guān)性,以闡明免疫細(xì)胞豐度比在總生存期中的潛在作用,生存分析結(jié)果表明M0巨噬細(xì)胞之間存在顯著負(fù)相關(guān),而單核細(xì)胞、活化NK細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞可預(yù)測(cè)陽(yáng)性總生存期(圖A-F)。         

2、與生存相關(guān)免疫細(xì)胞相關(guān)的臨床數(shù)據(jù)

為確定免疫細(xì)胞對(duì)GBM臨床特征的影響,作者下載相關(guān)GBM臨床數(shù)據(jù),探討與生存相關(guān)免疫細(xì)胞豐度比值的相關(guān)性。臨床特征包括年齡、性別、表達(dá)亞類和MGMT啟動(dòng)子狀態(tài)。單核細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞的比值比在神經(jīng)型和神經(jīng)前型中增加,男性高于女性。

3、免疫相關(guān)基因的篩選

作者將免疫相關(guān)基因分為GBM中的高表達(dá)組和低表達(dá)組,火山圖顯示了4種存活相關(guān)免疫細(xì)胞的獨(dú)特基因表達(dá)譜,在單核細(xì)胞中共鑒定出1107個(gè)基因,巨噬細(xì)胞M0中共鑒定出1137個(gè)基因,活化NK細(xì)胞中共鑒定出1742個(gè)基因,嗜酸性粒細(xì)胞中共鑒定出1336個(gè)基因(圖A-D),維恩圖呈現(xiàn)4種免疫細(xì)胞浸潤(rùn)中表達(dá)的38個(gè)相同基因(圖E)。

4、免疫相關(guān)基因的功能富集分析

GO分析發(fā)現(xiàn),免疫相關(guān)基因在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、細(xì)胞粘附、細(xì)胞外基質(zhì)組織和化學(xué)突觸傳遞的生物學(xué)過(guò)程中顯著富集(圖A),細(xì)胞組分中的基因主要富集在質(zhì)膜、胞外外泌體、胞外間隙和胞外區(qū)(圖B),分子功能中的基因富集在蛋白結(jié)合、鈣結(jié)合、細(xì)胞骨架的結(jié)構(gòu)組成和微管結(jié)合(圖C);KEGG分析發(fā)現(xiàn)免疫相關(guān)基因與細(xì)胞粘附分子、cAMP信號(hào)通路、白細(xì)胞跨內(nèi)皮遷移、蛋白消化吸收、Toll樣受體信號(hào)通路相關(guān)聯(lián)(圖D),這些結(jié)果證明基因與腫瘤微環(huán)境的細(xì)胞外基質(zhì)和細(xì)胞相互作用有關(guān)。

5、基于PPI網(wǎng)絡(luò)的模塊化分析

考慮到PPI網(wǎng)絡(luò)在基因數(shù)量方面的局限性,作者篩選了所有差異表達(dá)基因,但選擇了至少兩個(gè)免疫細(xì)胞中共表達(dá)的基因??偟膩?lái)說(shuō),作者從4122個(gè)基因中鑒定出920個(gè)基因。將這些基因?qū)朐诰€STRING工具,闡明免疫相關(guān)基因的相互作用,最后得到了具有357個(gè)基因的PPI網(wǎng)絡(luò),組合評(píng)分設(shè)定為≥0.4(圖A),并選擇了最重要的模塊進(jìn)行進(jìn)一步的功能分析(圖B)。

6、與生存相關(guān)的Hub基因的識(shí)別

根據(jù)臨界值標(biāo)準(zhǔn),從PPI網(wǎng)絡(luò)中共鑒定出模塊中具有高連通性的24個(gè)hub基因,其中6個(gè)hub基因與生存率顯著相關(guān),GRIA1、BST2、B2M、TRIM21與總生存期呈正相關(guān),而GRIA2和MAP2與不良預(yù)后相關(guān)(圖A-F)。

使用Person相關(guān)性分析24個(gè)hub基因和22個(gè)免疫細(xì)胞之間的關(guān)系,在腫瘤免疫評(píng)估資源中驗(yàn)證了免疫細(xì)胞類型的浸潤(rùn)水平與生存相關(guān)hub基因之間的顯著關(guān)系,結(jié)果表明CD8+ T細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞的浸潤(rùn)水平與GRIA1、GRIA2和MAP2顯著相關(guān), BST2和B2M與B細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞相關(guān),TRIM21與B細(xì)胞和中性粒細(xì)胞相關(guān)(圖A-B)。

7、CGGA數(shù)據(jù)庫(kù)驗(yàn)證免疫相關(guān)細(xì)胞,單細(xì)胞測(cè)序數(shù)據(jù)驗(yàn)證免疫相關(guān)基因

作者從CGGA數(shù)據(jù)庫(kù)下載134例GBM樣本的免疫細(xì)胞基因表達(dá)數(shù)據(jù),探討從TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)中鑒定的免疫細(xì)胞的意義,結(jié)果顯示活化的NK細(xì)胞和單核細(xì)胞與陽(yáng)性預(yù)后相關(guān),這與之前從TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得的數(shù)據(jù)一致。作者確定hub基因的預(yù)后價(jià)值后,分析了GBM中生存相關(guān)hub基因與免疫細(xì)胞浸潤(rùn)的相關(guān)性,將細(xì)胞分為惡性和非惡性細(xì)胞類型,且高表達(dá)標(biāo)記物分為巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞等非惡性細(xì)胞,A1F1、C3AR1、FCGR1A、MNDA、HMOX1、TLR2僅在巨噬細(xì)胞中表達(dá),B2M、CCT3、HSPA8、TUBA1A在4種細(xì)胞簇中均有明顯表達(dá)。參照生存相關(guān)基因,在巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞和惡性細(xì)胞中檢測(cè)到BST2;GRIA1和GRIA2在少突膠質(zhì)細(xì)胞和惡性細(xì)胞中表達(dá);MAP2僅在惡性細(xì)胞中檢測(cè)到;然而,在任何細(xì)胞類型中均未檢測(cè)到TRIM21。

結(jié)論:

腫瘤微環(huán)境中浸潤(rùn)的免疫細(xì)胞和其他基質(zhì)成分與GBM的預(yù)后相關(guān),本研究發(fā)現(xiàn)了24個(gè)浸潤(rùn)腫瘤微環(huán)境的免疫相關(guān)基因,可作為新的生物標(biāo)志物和免疫治療靶點(diǎn)。

參考文獻(xiàn):

Sicong Huang, Zijun Song, Tiesong Zhang, et al. Identification of Immune Cell Infiltration and Immune-Related Genes in the Tumor Microenvironment of Glioblastomas. Front Immunol. 2020.