 導語 今天給同學們分享一篇關于DNA修復相關基因的影響胃癌預后的生信文章“ A Novel DNA Repair Gene Signature for Immune Checkpoint Inhibitor-Based Therapy in Gastric Cancer ”，這篇文章于2022年5月發表在 Front. Cell Dev. Biol 雜志上，影響因子=6.684。在這項研究中，作者開發了一種新的15-DNA修復基因特征(DRGS)及其相關評分系統，并評估了DRGS在鑒別使用公開可用的數據集，研究胃腺癌患者的不同分子和免疫特征以及治療結果。結果表明，與DRGS低分患者相比，DRGS高分患者的ICB治療效果明顯更好。 1. 15-DNA修復基因特征的鑒定及評分系統的構建 如上所述，從人類DNA修復基因網站獲得了219個DNA修復基因。接下來，作者使用R中的DEseq2包處理來自TCGA-STAD的原始數據，并使用在線平臺GEO2R查找腫瘤（n=375）和正常（n=32）組織之間差異表達的基因。最后，作者在219個DNA修復基因中鑒定了15個常見基因，它們在TCGA-STAD和GSE30727（腫瘤n=30，正常n=30）中均有差異表達（圖 1A）。然后作者使用PCA生信分析作為降維方法來獲得15個基因的第一維相關系數（圖 1B）。基于這些系數，作者創建了一個15-DNA修復基因特征(DRGS)評分系統。然后使用DRGS評分將患者分為高分組和低分組。  圖1 DNA修復基因和DRGS評分系統的構建 2. 不同15-DNA修復基因特征評分組的免疫特征 作者通過ImmuCellAI確定了375個TCGA-STAD樣本的免疫特征，以估計每個胃癌樣本中 24 種免疫細胞的特定分數。為了分析不同評分亞組中免疫細胞的組成（高分組=187，低分組=188），作者使用Mann Whitney U檢驗比較了兩個評分組中免疫細胞類型的分布。結果顯示，兩組之間14個免疫細胞的浸潤率存在顯著差異。作者發現DRGS高分組中γδ T細胞、中性粒細胞和Th1細胞等抗腫瘤細胞更豐富，而免疫抑制或腫瘤增強細胞如B細胞、CD4 T細胞、單核細胞、Th17細胞、Tfh細胞和Tr1細胞在DRGS低分組中更豐富（圖 2 、圖 3A）。在作者的研究中，DRGS低分組樣本的浸潤評分顯著高于高分組（圖 3B）。此外，作者使用ImmuCellAI預測ICB治療的反應，發現DRGS高分組中有53.5%的患者和DRGS低分組中有更少的患者，以響應ICB治療（圖 3C）。  圖2 DRGS高和低分亞組中的免疫細胞類型浸潤  圖3 DRGS評分亞組的免疫特征 3. 15-DNA修復基因特征評分組與其他組織學和分子分類之間的關系 為了檢查作者的評分分組與其他組織學和分子分類之間的關系，作者對TCGA-STAD數據庫的372例胃癌患者樣本的臨床數據進行生信分析。根據Lauren分類，胃癌可分為3種亞型，即腸型、彌漫型和混合型。在作者的生信分析中，DRGS高分組的特點是腸道亞型樣本比例非常高（86.1%），而彌漫性和混合亞型樣本分別僅為7.8%和6.1%。另一方面，DRGS低分組（n = 115）由51.3%的腸道樣本、40.0%的彌漫性樣本和8.7%的混合樣本組成。從統計學上看，與低分組相比，DRGS高分組的腸癌樣本和彌漫型胃癌樣本顯著減少（圖 4A）。  圖4 分分組與其他組織學和分子分類之間的關系 TCGA 提出了胃腺癌的 4 種亞型：EBV 陽性、MSI、基因組穩定(GS)、染色體不穩定性(CIN)。在作者的研究中，DRGS高分組的EBV陽性(11.2%)和MSI(27.8%)亞型樣本的百分比更高。相比之下，DRGS低分組的GS(23.1%)和CIN(63.9%)亞型樣本百分比較高(圖 4B)。根據微衛星標志物的突變頻率，胃癌可分為MSS、MSI-H和MSI-L。在作者的研究中，DRGS高分組MSI-H亞型患者的百分比高于低分組。相比之下，DRGS低分組的MSS亞型患者多于高分組（圖 4C）。 4. 15-DNA修復基因特征評分的預后能力 為了研究DRGS評分的預后影響是否獨立于可能與患者預后相關的臨床因素，作者首先對TCGA-STAD數據集中所有可用的臨床參數（n = 372）進行了單變量Cox回歸生信分析。選擇表現出顯著預后影響的臨床參數與DRGS一起進行多變量Cox回歸生信分析。結果表明，DRGS是一個獨立的預后因素。以中位分數作為截止值，DRGS 高分患者的OS比DRGS低分患者有更好的OS（圖 5A）。然后，使用GSE26901、GSE15459和GSE26899胃癌數據集驗證評分系統的預后價值。如圖5所示，DRGS高分組GSE26901患者的預后明顯優于低分組患者（圖 5B），與TCGA數據集的結果一致.然而，兩個DRGS組之間的 GSE15459（圖 5C）或 GSE26899（圖 5D）沒有顯著的OS差異。  圖5 DRGS評分系統的預后能力 5.不同15-DNA修復基因特征評分組的分子特征 為了確定TMB和DRGS評分之間的關系，作者對TCGA-STAD 的 365 個胃腺癌樣本的體細胞突變數據進行生信分析。生信分析表明，DRGS評分與TMB呈正相關（圖 6A）。DRGS高分組的樣本TMB顯著高于DRGS低分組(圖 6B)。所有突變事件都分為不同的類別，其中錯義突變在變異分類中占最大比例，單核苷酸多態性（SNP）比插入或缺失更頻繁地發生，并且C >T是所有TCGA-STAD樣本中最普遍的單核苷酸變體(SNV)。值得注意的是，DRGS高分組的每個樣本的變異中位數高于DRGS低分組。PD-L1表達是PD-L1阻斷易感性的另一個重要生物標志物。作者發現DRGS高分組中的PD-L1表達顯著高于DRGS低分組（圖 6D）。DRGS評分與PD-L1表達呈正相關（圖 6C）。  圖6 兩個DRGS評分組的分子特征 5. 在不同的 15-DNA 修復基因特征評分組中使用程序性細胞死亡配體 1 阻斷劑進行免疫治療的好處 鑒于作者的評分系統與腫瘤免疫微環境之間的關聯，如上所述，作者測試了DRGS評分系統預測患者對免疫治療反應的能力。該分析基于 IMvigor210CoreBiology 隊列，這是一項大型 2 期試驗，研究用atezolizumab阻斷PD-L1在轉移性尿路上皮癌（mUC）中的臨床活性。作者發現 DRGS 高分患者表現出顯著延長的總生存期（圖 7A）。此外，該隊列中的298名患者對抗PD-L1阻滯劑表現出不同程度的反應。在DRGS高分和低分組之間進行的卡方檢驗也顯示DRGS高分患者的治療結果明顯優于低分患者（圖 7B）。作者還在兩名DRGS組患者中分析了 IMvigor210CoreBiology的三種免疫亞型（免疫炎癥、免疫排斥和免疫沙漠）。 與低分患者相比，DRGS高分患者的“免疫炎癥”腫瘤百分比顯著較高，而“免疫沙漠”和“免疫排除”腫瘤的百分比較低（圖 7C)。  圖7 使用PD-L1阻滯劑進行免疫治療的益處 6. 15-DNA修復基因特征評分及其潛在的化療價值 為了探索DRGS評分系統對化療藥物反應的影響，作者在GDSC數據庫中評估了 DRGS評分與胃癌細胞系(n = 23)藥物反應之間的關聯。作者在DRGS評分和藥物敏感性之間確定了5個顯著相關的對，所有這些對都顯示出與DRGS評分相關的耐藥性，包括胰島素樣生長因子受體IGF1R_3801 、AKT抑制劑ipatasertib、存活抑制劑司潘溴銨、ULK1蛋白激酶ULK1_4989和AKT抑制劑uprosertib (圖 8A)。此外，作者發現這些藥物主要針對PI3K/MTOR、IGF1R和細胞凋亡調節信號通路（圖 8B）。  圖8 DRGS評分在化療中的潛在治療價值 7.k15-DNA 修復基因特征中基因表達的免疫組織化學驗證及其與程序性細胞死亡配體1表達的關系 通過IHC生信分析，作者發現在胃腫瘤組織中，除PARPBP、EME1和RAD54L外，DRGS 中大多數基因的蛋白表達均顯著增加（圖 9A）。在HPA數據中，與正常組織相比，除FANCA、UBE2T、POLQ、EXO1和XRCC2外，DRGS的表達顯著上調（圖9B）。作者還分析了DRGS和PD-L1蛋白表達之間的關系。如圖10A、B所示，基于IHC生信分析（n = 10），除 PARPBP、EME1和RAD54L外，DRGS中基因的蛋白質表達與 PD-L1 表達呈正相關（圖 10A、B)。在HPA數據中，PRKDC、FANCI、LIG1、RECQL4、FANCA、PARPBP、RAD54L和FANCD2的蛋白水平與PD-L1的蛋白水平呈正相關（圖 10C）。因此，上述結果驗證了生信分析的結果。  圖9 胃癌組織和正常組織中DRGS中基因的蛋白質水平  圖10 PD-L1和DRGS之間蛋白質表達的相關性。 小結 DRGS是患者對基于免疫檢查點抑制劑(ICI)治療反應的有希望的預測指標。需要進一步的研究來評估DRGS在定制免疫治療方面的臨床效用。 |
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