9+|结直肠癌MSI
生信干货
灿如星海 ·2020年12月15日 03:09
小伙伴们大家好，今天要为大家介绍的是最近发表在J Immunother Cancer（IF：9.913）上的一篇文章，主要内容是结肠癌中MSI对免疫检查点封锁疗法影响机制的研究。
结肠癌微卫星状态相关分子分析确定免疫疗法的临床意义
作者使用bulk RNA -seq和单细胞转录组的评估结肠癌的免疫微环境，该评估着重于公共数据库中结肠癌中微卫星稳定性（MSS）和微卫星不稳定性（MSI）的分子性质。并在癌症基因组图谱（TCGA）中通过随机森林算法分析了突变模式与微卫星状态的关联，并通过他们内部数据集进行了验证（39个 TMB-low MSS colon cancer, 10 TMB-high MSS colon cancer, 15 MSI colon cancer）。并立了预后模型以预测生存潜力，通过神经网络对微卫星状态进行分层。通过分析，作者揭示了MSI和MSS结肠癌的分子性质和基因组上的差异。与微卫星状态相关的基因标记可以更好地预测结肠癌患者的预后，以及对基于免疫检查点抑制剂的免疫治疗和抗VEGF治疗相结合的反应。首先，作者用TCGA22个免疫细胞群描述了结肠癌的肿瘤免疫微环境（与MSS结肠癌相比，MSI结肠癌中CD8 T细胞，活化的NK细胞和M1巨噬细胞的丰度更高。然后，估计了MSI和MSS结肠癌的CYT活性，CD8：Treg比，IFN-γ表达特征和T细胞浸润评分（TIS）。如预期的那样，CYT活性，IFN-γ表达特征，TIS和CD8：Treg比率在MSI结肠癌中都更高。CTLA4，PD-L1（CD274）和PD1（PDCD1）是基于免疫检查点抑制剂（ICI）的免疫治疗的三个重要生物标记。这三个检查点分子在MSI-H结肠中的表达水平高于MSS和MSI-L结肠癌。因此，还使用ssGSEA算法评估了耗竭T细胞评分。尽管在MSI-H结肠癌中CYT活性更高，但在MSI-H结肠癌中观察到更高的耗竭T细胞评分。
随后，作者从单细胞的层面对结肠癌的免疫微环境进行了分析，从整个单细胞数据集中提取了CD8 + T细胞，CD4 + T细胞，B细胞和恶性细胞。UMAP方法在二维图中显示了这些细胞的分布和微卫星状态。选择了几种细胞标记物以探索MSI和MSS肿瘤的异质性。ALDH1A1在MSS肿瘤中高表达而在MSI肿瘤中低表达，而ICAM1在MSI肿瘤中高表达而在MSS肿瘤中低表达。MSI和MSS结肠癌的CD8 + T细胞，CD4 + T细胞，B细胞和恶性细胞中的特征基因表达如下。图2D。来自MSI和MSS结肠癌的CD8 + T细胞和CD4 + T细胞在最具特色的三个基因中具有显着差异。来自MSI结肠癌的CD8 + T细胞显示较高的KLRK1，PTPRCAP和HLA-DRB5表达; 但是，来自MSS结肠癌的对应数据显示出高表达的CCL5，NKG7和GZMA。CD4，PTPRCAP和PIGN在MSI结肠癌的CD4 + T细胞中高度表达，并且LTB，CD2和CD3D在MSS结肠癌的CD4 + T细胞中高表达。补充图S2A–C中显示了三个免疫检查点（PD-L1，CTLA4和PD1）的表达。MSI结肠癌中单细胞的PD1表达比MSS结肠癌中的PD1表达更为均一。MSI结肠癌中的大多数CD8 + T细胞均具有高水平的PD1表达（通过小提琴图的形状表示），而MSS结肠癌中只有一部分CD8 + T细胞具有较高的PD1表达水平。使用带有注释T细胞状态（疲惫和未疲惫）的参考，作者进一步分析了CD8 +MSS和MSS结肠癌中的T细胞状态。结果显示，MSI结肠癌（69％）的耗竭CD8 + T细胞百分比显着高于MSS结肠癌（36％）（p<0.001）。
为了确认结肠癌微卫星状态与基因突变之间的关联，作者应用随机森林算法确定与微卫星状态相关的基因突变在结肠癌中的重要性。在TCGA队列中确定了30个最重要的基因突变。
随后，作者研究了微卫星状态相关基因签名预测结肠癌患者的预后和临床结果，治疗结果与MSRS的关系表明，MSRS较低的患者完全缓解（CR）的比例较高（93％vs 70％），而进展疾病（PD）的百分比较低（3％vs 22％） 。微卫星状态相关的基于特征的RS与免疫种群之间的相关性通过Pearson系数，表明与CD4 + T细胞（阴性）和记忆B细胞（阳性）显著相关。为了进一步使用与微卫星状态相关的基因签名，作者建立了具有微卫星状态相关基因签名的基因表达模式的神经网络，以对MSS和MSI结肠癌进行分层。图7E显示了神经网络的示意图。来自TCGA结肠癌队列的微卫星状态相关基因签名的表达谱被分为训练数据集（2/3）和测试数据集（1/3）。随着训练集中的时间越长，测试集中的损失值越小（图7F）。混淆矩阵显示，所有肿瘤均已在测试集中准确分类（图7G）。
总之，来自MSI和MSS结肠癌的CD8 + T细胞，CD4 + T细胞，B细胞和恶性细胞中的特征基因表达显示出分子性质和免疫细胞活性的明显差异。在来自MSI结肠癌的CD8 + T细胞中观察到PD1的更均一的高表达模式。然而，在MSS患者中鉴定出一小部分具有高表达检查点分子的CD8 + T细胞。BMPR2，RNF43和ANK3是结肠癌中与微卫星状态相关的最重要的基因突变。作者建立了与微卫星状态相关的基因特征，并通过神经网络框架来利用它预测微卫星的状态。作者还计算了MSRS，并证明它可作为MSI分期以外的预后指标以及对免疫疗法和抗VEGF疗法联合治疗的反应的指标。
