扫码联系客服
导读：
患者的性别会影响癌症的发生、发展和对治疗的反应。免疫治疗的效果在很大程度上取决于肿瘤微环境(TME)，但性别如何塑造TME的特征仍不清楚。在这篇文章中，作者分析TCGA中1771名男性和1137名女性患者的19种癌症的免疫渗透特征。以评估性别如何影响TME中的肿瘤突变负荷(TMB)、免疫评分、间质评分、肿瘤纯度、免疫细胞、免疫检查点基因和相关功能通路。并且作者进一步研究肺腺癌，并寻找和验证具有预后潜力的、性别特异性免疫细胞生物标记物。
结果解读：
作者把重点放在至少有中度免疫渗透的原发癌症样本上。用CIBERSORT估计肿瘤免疫浸润程度。用CIBERSORT p<0.05，作者从TCGA中获得了19种癌症类型，其中男性和女性样本量充足(每个≥10)。癌症类型包括膀胱尿路上皮癌(BLCA)、结肠腺癌(COAD)、弥漫性大B细胞淋巴瘤(DLBC)、多形性胶质母细胞瘤(GBM)、头颈部鳞状细胞癌(HNSC)、肾透明细胞癌(KIRC)、肾乳头状细胞癌(Kirp)、急性髓系白血病(LAML)、脑低级别胶质瘤(LGG)、肝细胞癌(LIHC)、肺腺癌(LUAD)、肺鳞状细胞癌(LUSC)、胰腺癌(PAAD)、直肠腺癌(READ)、肉瘤(SARC)、皮肤黑色素瘤(SKCM)、胃癌(STAD)、肺癌(LUAD)、肺鳞状细胞癌(LUSC)、胰腺癌(PAAD)、直肠癌(READ)、肉瘤(SARC)、皮肤黑色素瘤(SKCM)、胃癌(STAD)、甲状腺癌(THCA)和胸腺瘤(Thym)。共有2908例癌症样本(男性1771例，女性1137例)。并下载相应的分子数据和临床表型数据。对泛癌和每种癌症类型中TMB、TME细胞、免疫评分、免疫相关基因和功能通路等的性别差异进行了综合分析(图1)。
作者首先检测了男性和女性患者组中泛癌TMB的差异。男性患者TMB显著高于女性患者。由于不同癌症的肿瘤特征不同，作者检验了不同癌症类型之间是否存在性别差异。这些癌症中有7例显示出显著的性别差异。在BLCA、KIRP、LIHC、LUAD和SKCM是男性更高。GBM和STAD中女性更高。男性和女性患者在泛癌和这七种癌症中的TMB患病率如图2A所示。为了验证性别差异的TMB，作者从cBioPortal和ICGC数据平台收集了这些癌症的体细胞突变数据。作者在验证集中得到了几乎一致的结果，即在BLCA、LUAD、LINC、SKCM和肾细胞癌(URCC)中，男性患者的TMB高于女性患者。而在GBM中，女性患者的TMB高于男性患者。作者进一步测试了泛癌免疫评分、间质评分和肿瘤纯度的性别差异。作者发现免疫评分和间质评分都是女性更高，而且肿瘤的纯度是男性更高(图2B-D)。作者还分析了这些特征在个体癌症类型中是否存在性别差异，并将分析集中在每种癌症类型上。女性患者在HNSC、LUAD和LUSC中的免疫评分显著高于男性患者，但在KIRP和SARC中低于男性患者。在间质评分方面，女性患者的LUAD高于男性患者。KIRP的女性患者也比男性患者表现出更高的肿瘤纯度。总体而言，泛癌男性患者的TMB和肿瘤纯度普遍高于女性患者，但免疫评分和间质评分低于女性患者。然而，在个别癌症类型中却有一些相反的结果。在SARC中，女性患者的免疫评分和间质评分低于男性患者，但肿瘤纯度高于男性患者。作者的结果表明，不同癌症类型的免疫功能存在性别差异。
最后，作者检测了不同癌症类型中有性别差异的免疫细胞。作者收集了24个免疫细胞类型特异性基因签名。将ssGSEA算法估计每个细胞的相对渗透水平。在FDR<0.25的情况下，19个癌症中有10个至少有一种具有性别差异的免疫细胞。总体而言，作者发现有 几种癌症类型女性具有更多的免疫细胞，包括HNAC、KIRP、LUAD和LUSC。例如，在女性LUAD患者中，24个免疫细胞中有14个被证明具有更高的相对渗透水平(图3)。在癌症中，两个女性最具显著差异的细胞是滤泡辅助T细胞(Tfh)和树突状细胞(DC)。在非小细胞肺癌(NSCLC)中，Tfh细胞参与了抗肿瘤免疫并与较好的临床预后相关，DC也被认为是保护性免疫的关键因素。这提示在LUAD中男性患者的Tfh细胞和DC活性有待提高。相比之下，有几种癌症类型(GBM、KIRC和SARC等)在男性中具有更高的免疫细胞类型(图3)。例如，在男性SARC患者中，包括浆细胞样树突状细胞(pDC)、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、T中央记忆(Tcm)细胞、T辅助17(Th17)细胞、细胞毒细胞和CD8 T细胞在内的7种免疫细胞具有较高的渗透水平。此外，在HNSC、KRIC、STAD和THCA中，也观察到与癌症发病机制有关的pDC在男性中水平更高。这些结果表明，在这些癌症的男性患者中，pDC应该被灭活。
由于TMB在以前的研究中被认为可能与癌症免疫浸润性相关，作者检测了在男性和女性中 TMB与TME特征的相关性。作者发现在男性和女性泛癌患者中，TMB与免疫评分和间质评分呈负相关，与肿瘤纯度呈正相关。有趣的是，这些相关性都表现出显著的性别差异，男性患者的相关性比女性患者更大(图4A)。然后作者发现在泛癌患者中有9种免疫细胞与TMB有性别差异相关，包括T效应记忆(Tem)细胞、NK细胞、嗜酸性粒细胞、NK CD56dim细胞、中性粒细胞、辅助性T细胞1(Th1)细胞、肥大细胞、辅助性T细胞(Th)和NK CD56bright细胞。最显著的是肥大细胞，在男性患者中与TMB呈显著负相关(以红星标记)，而在女性患者中无相关性。肥大细胞被认为在控制先天免疫和获得性免疫中发挥重要作用，赋予它们调节宿主对癌症的反应的能力，并最终影响癌症患者的结局和命运。第二个有意义的细胞是Th细胞，男性患者Th细胞与TMB呈较大的正相关。这些结果表明，在开发免疫治疗药物和方法时，应考虑某些免疫特征与TMB的性别差异相关性。
然后，作者检测了不同癌症类型中TMB和免疫细胞渗透水平与性别差异的相关性。作者发现对于Th细胞，三种癌症，DLBC，HNSC和STAD，和TMB存在性别差异相关性。女性DLBC患者Th细胞与TMB呈显著负相关，而男性DLBC患者Th细胞与TMB无明显相关性。此外，女性STAD患者Th细胞与TMB呈正相关。然而，在男性STAD患者中，未发现这些细胞与TMB显著相关。作者还观察到，只有男性HNSC患者的Th细胞与TMB呈显著负相关。对于肥大细胞，KIRP和SKCM的TMB与性别相关(图4B)。女性患者的肥大细胞与TMB呈负相关，而男性患者的肥大细胞与TMB无显著相关性。在SKCM中，男性患者的肥大细胞与TMB呈显著负相关。总之，作者的结果揭示了不同癌症中TMB和肿瘤免疫细胞之间的性别差异相关性。
作者检测了男性和女性癌症患者的免疫检查点基因(ICG)是否存在差异。结果表明，88%的基因(60/68)是性别偏向的，其中包括一些著名的ICG基因，如PDCD1、CD274和CTLA4。此外，作者还发现，在19种癌症中，有7种至少有一种ICG的具有性别差异：BLCA、GBM、HNSC、KIRP、LUAD、LUSC和PAAD(图5A)。具体地说，在LUAD中有31个在女性中表达的ICG。这些基因包括人类白细胞抗原家族(HAL)的一些基因(如：HLA-A,HLA-B,HLA-C,HLA-DMA和HLA-DPB1、DMA、DPB1)，CD274、CD40、CD80、CD86，以及一些肿瘤坏死因子受体超家族的基因(如：TNFRSF4、TNFRSF9、TNFRSF18)。相比之下，一些人类白细胞抗原家族的基因(如：HLA-A, HLA-B,HLA-C, HLA-DMA, 和HLA-DPB1)在KIRP被证明在男性中显著表达的。此外，一些ICG(例如CD274、CD276和TNFRSF4)在KIRP中也存在性别差异性(图5A)。已有报道证明，HLA-I(如：HLA-A,HLA-B, HLA-C)的缺失在不同的肿瘤组织中普遍存在，是肿瘤细胞逃避T细胞免疫监视的主要机制。研究还表明，PD-L1蛋白(由CD274基因编码)在肿瘤细胞中的表达是预测抗PD-1/PD-L1治疗反应的生物标志物。作者的结果提示，在免疫检查点阻断治疗时，应考虑特定癌症类型(如KRIP、LUAD和LUSC)ICG的性别差异。然后，作者检测了不同癌症类型中具有性别差异的免疫功能通路。从ImmPort数据库下载的免疫功能通路后映射到基因列表中，并应用GSEA方法识别性别差异的通路。19种癌症中有16种至少有一种性别差异的通路(图5B)。有趣的是，在GBM、KIRP、LGG、LIHC和SARC中，男性倾向于表达免疫功能通路，而HNSC、LUAD、LUSC、PAAD和THYM中，女性倾向倾向于表达免疫功能通路。对于重要的免疫途径，TNF家族成员、受体、细胞因子、细胞因子受体和趋化因子在男性患者的GBM、LIHC和SARC中持续高表达，在LUAD、LUSC和PAAD的女性患者中持续高表达。
总体而言，根据免疫相关特征的性别差异，癌症类型可以划分为“强性别差异”免疫组和“弱性别差异”免疫组。对于TMB、免疫评分、间质评分、肿瘤纯度和免疫细胞的统计显著水平(P值)以及免疫细胞、免疫检查点基因和功能通路的显著特征的比例，具有超过一半(至少七个特征中的四个)性别差异特征的癌症类型被标记为强性别差异免疫组，其余的被标记为弱性别差异免疫组(图6)。较强的性别差异的免疫组包括LUAD、LUSC、HNSC、KIRP、SARC和GBM，它们表现出更广泛的性别差异的TME特征，在癌症的免疫治疗中应注意这些癌症类型的显著性别差异特征。
在作者之前的研究中，免疫细胞被认为与癌症患者的预后有关，作者想看看在男性和女性癌症患者队列之间是否有任何差异。在男性患者队列中发现了七种复发预后免疫细胞(至少四种癌症类型)，包括Th2细胞、T细胞、DC和NK细胞。Th2细胞被认为通过分泌细胞因子IL-4、IL-6、IL-10和IL-13来激活肿瘤相关的M2巨噬细胞，从而促进肿瘤的进展，并且被发现是SARC、LUAD、KIRP、PAAD、KIRC和LIHC男性患者的危险因素。作者还发现，在BLCA、HNSC、LUAD和PAAD的男性患者中，T细胞作为保护因素在抗癌方面发挥了重要作用。此外，在女性患者队列中发现了四种复发的预后免疫细胞(至少四种癌症类型)：Th17细胞、Tem细胞、NK细胞和CD8T细胞。例如，Th17细胞被发现是LUAD、COAD、STAD和LAML女性患者的保护因素。Tem细胞在LUAD和PAAD女性患者中是保护因素，而在STAD和LUSC女性患者中是危险因素。在不同癌症类型的男性或女性患者中观察到了反复出现的预后免疫细胞，突显了针对这些细胞的免疫治疗药物的再利用潜力。
与其他癌症类型相比，LUAD表现出更广泛的性别差异的免疫相关特征(TMB、免疫评分、间质评分、肿瘤纯度、免疫细胞、免疫细胞、免疫检查点基因和功能途径)。作者以LUAD为例，进一步研究基于性别特异性细胞的性别特异性特征是否可以将男性和女性患者分为高危和低危两组。对于女性患者，作者确定了八种重要的免疫细胞(图7A)：Tem细胞、Tcm细胞、间质树突状细胞(IDC)、Th17细胞、TfH细胞、肥大细胞和巨噬细胞是保护因素，Th2细胞是危险因素。相比之下，男性患者有8个显著的免疫细胞：Tem细胞、IDC、PDC、TfH细胞、NK细胞、T细胞和B细胞是保护因素，Th2细胞是危险因素。虽然男性和女性患者之间有四个细胞重叠，但它们在这些患者之间与生存时间的关系是不同的。利用性别特异性细胞，构建了男性和女性特异性预后标志。对于这些特征，作者根据细胞渗透程度分别计算了每个男性和女性患者的特征风险分数。根据男性和女性风险分数的中位数，将男性和女性患者分为高风险组和低风险组。作者进一步研究男性和女性风险评分是否是独立的预后因素。结果表明，在男性和女性LUAD患者组中，男性和女性风险评分均可作为OS的独立预后因素。
为了确定男性和女性特异性细胞在独立数据集中是否具有相同的预后价值，作者随后应用相同的方法从两个独立的肺腺癌数据集中对男性和女性患者进行验证。对于每个独立的验证集，将男性和女性患者分别分为高风险组和低风险组(图7D,E,F,G)。高风险评分的患者总体生存时间明显短于低风险评分的患者。
为了识别性别差异的体细胞突变，在每种癌症类型(>5%的突变样本)中保留了具有高频突变的基因。作者重点研究了LUAD，它在各种免疫特征上显示出显著的性别差异。作者在LUAD中发现了在两个女性出现的和八个男性出现的体细胞突变基因(图8A)。在LUAD患者中，EGFR突变被证实是女性显著出现。有趣的是，EGFR突变与酪氨酸激酶抑制剂(吉非替尼)的反应和NSCLC患者的生存期延长有关，同时这也被认为是导致NSCLC微环境中免疫渗透减少或缺乏浸润性免疫细胞的原因。STK11在男性患者中显著表达，这与以前的研究一致。然而，作者发现，在免疫渗透的LUAD队列中，该基因在男性中的突变频率高于女性。此外，Koyama等人认为STK11/LKB1缺陷可能促进中性粒细胞募集和促炎细胞因子的产生，从而抑制肺肿瘤微环境中T细胞的活性。
为了进一步估计哪些免疫细胞是由性别差异突变基因触发，作者对LUAD的基因突变状态和细胞渗透水平进行了多元Logistic回归分析(图8B)；10个性别差异突变基因中有8个和至少一个免疫细胞有关。例如，作者发现EGFR突变与六种免疫细胞有关。在EGFR突变患者中，有5种细胞(Th2细胞、细胞毒细胞、Tcm细胞、Th17细胞、T-γδ细胞)下调，1种细胞(T辅助细胞)上调(图8C)。在STK11突变的患者中，三种细胞(ADC、巨噬细胞和NK细胞)下调，三种细胞(Th17细胞、Th2细胞和肥大细胞)上调(图8D)。这些结果可能有助于理解由性别特异性突变驱动的潜在免疫细胞，以便实施精确的治疗。
在以前的研究中，TMB被认为是免疫检查点阻断治疗反应的预测生物标志物。作者想知道TMB的预测能力是否显示出性别差异。对于每个数据集，TMB分别用于预测男性和女性患者对ICB治疗的反应。进行受试者工作特征曲线分析，并用曲线下面积(AUC)评价TMB的预测能力。结果表明，在每个数据集上，女性患者的AUC都大于男性患者，这表明TMB对女性癌症的预测能力比男性更好。这些结果与之前的一项研究一致，但该研究仅在肺癌患者中测试了TMB在ICB反应预测中的性别差异。女性更倾向于TMB的预测能力可能是由于女性患者比男性患者具有更强的免疫评分(免疫微环境)(图2B)。TMB升高的女性患者具有高度的免疫原性，并可能表现出更强的免疫抑制信号。ICB治疗可能会阻断肿瘤细胞和免疫细胞之间的这些信号，因此女性患者可以比男性患者更有效地攻击肿瘤。
全文总结：
总体而言，癌症免疫系统是复杂的，男性和女性患者之间可能会有所不同。作者进行了一项全面的分析，以研究泛癌中肿瘤微环境相关特征的性别差异。更重要的是，作者的结果提供了一个有价值的起点，可以在未来的ICB试验、免疫相关生物标记物的识别和癌症免疫治疗中明确考虑性别的作用。
参考文献：
1. Han J, Yang Y, Li X, et al. Pan-cancer analysis reveals sex-specific signatures in the tumor microenvironment. Mol Oncol Mar 1 2022.doi:10.1002/1878-0261.13203 .
