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编译：思越，编辑：夏甘草、江舜尧。 原创微文，欢迎转发转载。 导读了解血液系统恶性肿瘤免疫景观以及发现潜在的免疫治疗策略，对于免疫疗法的发展至关重要。作者通过整合多发性骨髓瘤、淋巴瘤、白血病或骨髓增生异常综合征等基因组、表观遗传和转录组的数据，描绘了血液系统恶性肿瘤的免疫景观，并探究其如何影响免疫细胞的浸润、抗原呈现、抗肿瘤免疫反应以及患者治疗，并通过实验验证了主要发现。结果发现，细胞毒性淋巴细胞的浸润在急性白血病中与TP53及骨髓增生相关，在淋巴瘤中与活化的B细胞样表型和干扰素-γ（IFN-γ）反应有关；CIITA甲基化可调节抗原呈递以及特定癌症类型的免疫检查点（如髓样恶性肿瘤中的VISTA），癌症抗原表达的变化有助于进一步了解免疫异质性、预测患者存活率。为血液系统恶性肿瘤的免疫学特征与癌症亚型和基因组学的研究提供了丰富的资源，对于血液系统恶性肿瘤的精确免疫干预策略的发展具有重要意义。 原名：Immunogenomic landscape of hematological malignancies
译名：血液系统恶性肿瘤的免疫基因组学研究 期刊：Cancer Cell IF：22.844 通讯作者：Satu Mustjoki & Merja Heinaniemi 通讯作者单位：赫尔辛基大学医院&东芬兰大学 DOI号：10.1016/j.ccell.2020.06.002 免疫检查点阻断疗法正在改变部分类型肿瘤的治疗方法，这些肿瘤的免疫系统可以成功地利用其进行有效的抗癌治疗。在血液系统恶性肿瘤中，免疫检查点抑制在典型的 PD-L1高表达的霍奇金淋巴瘤(CHL)中已被证明是有效的。但也有报道称如弥漫性大B细胞淋巴瘤（DLBCL）、滤泡性淋巴瘤（FL）、慢性淋巴细胞性白血病（CLL）和多发性骨髓瘤（MM）对免疫检查点抑制的反应受到限制。由于通常只有部分癌症类型或癌症类型中的一部分患者对免疫疗法产生反应，因此基于各种类型肿瘤的免疫环境进行合理的患者选择对于获得最佳治疗效果至关重要。然而，在血液恶性肿瘤中，导致不同免疫状况的免疫多样性和潜在机制尚不清楚，了解影响血液肿瘤免疫状况的因素对于免疫疗法的发展及应用至关重要。癌症免疫领域尚未进行血液恶性肿瘤中基因型-免疫表型联系的大规模研究,在这里，作者对血液系统癌症进行全面的免疫基因组学分析，研究细胞毒性免疫浸润、抗原呈递、免疫细胞共刺激和癌症抗原表达模式与癌症亚型和基因组学的关系。1.血液恶性肿瘤中的免疫细胞浸润 作者使用来自36种血液系统恶性肿瘤的8472个样本，其中以629个健康人血液系统细胞群和530个细胞系作为对照，综合分析血液肿瘤转录组的免疫学特性（图1A）。由于CD8+细胞毒性T淋巴细胞（CTL）和自然杀伤细胞（NK）是抗肿瘤免疫和免疫治疗应答所必需的，于是使用在CTL和NK细胞中高特异性表达的基因GZMA, GZMH, GZMM, PRF1, GNLY的几何平均值作为细胞细胞溶解分数，从血液恶性肿瘤的整体转录组中量化肿瘤微环境（TME）中的免疫浸润，来反映CTL/NK的丰度（图1B）。为了验证策略的可靠性，使用流式细胞术和RNA-seq分析急性髓性细胞白血病(AML)T细胞和NK细胞的组分，细胞细胞溶解分数可以有效地估计血液恶性肿瘤转录组中CTL和 NK 细胞的丰度，使其能够用于免疫基因组分析。（图1C）。在血液恶性肿瘤中，观察到CLL、B细胞淋巴瘤（BCL）和骨髓增生异常综合症（MDS）的细胞溶解分数最高（图1D-F）。相反，急性白血病和慢性髓细胞性白血病（CML）的得分较低，并观察到不同癌症类型内的细胞毒性淋巴细胞浸润量存在巨大差异（图1G）。在BCL中，观察到富含T细胞/组织细胞的BCL(THRBCL)和CHL高水平和在Burkitt淋巴瘤低水平(图1H)。这些数据显示，细胞溶解分数捕捉到了血液恶性肿瘤的细胞毒性淋巴细胞浸润量的变化，并表明，即使在溶细胞活性通常较低的病例中，也可以鉴定出具有大量细胞毒性淋巴细胞浸润的部分病例。
图1 血液恶性肿瘤中的细胞毒性淋巴细胞浸润 2.干扰素γ与免疫细胞浸润相关，用以区分淋巴瘤中的TME 为了进一步深入了解在不同细胞类型中表达的基因差异，作者将与细胞溶解分数相关的纯化的CTL/NK细胞转录数据与未分选的肿瘤样品之间的表达差异进行了对比（图2A），并研究了哪些正常细胞类型表达了鉴定的基因（图2B）。淋巴瘤中与 CTL 浸润相关的基因包括编码免疫抑制色氨酸分解酶IDO1基因、在促炎性M1型巨噬细胞中高度表达的招募T细胞的趋化因子（CXCL9，CXCL10和CXCL11）以及在巨噬细胞和树突状细胞中表达的补体成分（C1QA，C1QB和C1QC）（图2B）。已知干扰素诱导了 IDO1和 cxcr3趋化因子的表达，表明TME对IFN-γ的反应可能与细胞免疫浸润存有关。为了验证以IFN-γ诱导为和髓样浸润为特征的不同淋巴瘤TME，作者分析了DLBCL和AML BM活检组织的组织芯片（图2C）。在 DLBCL 中，CTLs (CD8+)与巨噬细胞(CD68+)、 IDO1+和 CXCL9+细胞相关，与基因表达数据一致（图2D和2E）。这些数据表明，巨噬细胞/单核细胞浸润与细胞溶解性相关，并且与以IFN-γ应答基因为特征的淋巴瘤中的TME免疫有关。
图2 淋巴瘤和白血病中不同的免疫 TME 与细胞溶解性浸润相关 3.免疫细胞浸润与遗传改变和分子亚型相关 接下来，作者确定了细胞毒性淋巴细胞的丰度增加还与特定的遗传改变和分子亚型有关。通过检测DLBCL中的细胞溶解分数与突变和拷贝数变异(CNV)的关系（图3A），发现与其他癌症相比，显示了高的细胞溶解性。在 GCB DLBCL 发现的 BCL2易位与细胞溶解性浸润呈负相关，部分CNV和GCB相关突变(BCL2、KMT2D和CREBBP)与溶细胞浸润呈负相关，而ETV6、ETS1和DTX1突变与溶细胞浸润呈正相关。在另一个 DLBCL 数据集中，CREBBP突变也显示较低的溶细胞性浸润，并在GCB 中发现7q 扩增以及在ABC中发现较低的免疫浸润（图3B）。在 GCB 亚型中，DTX1突变与细胞溶解性浸润的相关性比其他DLBCL的相关性更强(图3C)。作者在TCGA中的AML数据集中检测了与突变和 CNVs 相关的细胞溶解性评分，发现细胞溶解性评分与 TP53肿瘤抑制基因的突变以及5号染色体长臂上的缺失正相关（图3D），具有高细胞溶解分数的样品富集在以MDS样中（图3E）。 为了更好地了解MDS样亚型中免疫细胞浸润增加的潜在机制，作者使用单细胞RNA-seq(scRNA-seq)将三个具有MDS样特征和MDS相关RUNX1、ASXL1和BCOR突变的样本与其他五个AML样本进行了比较。与其他样本中常见的髓系祖细胞(CMPs)和GMPs相比，MDS样的AML细胞主要分为 HSC 或祖细胞样细胞,如多能祖细胞、巨核系祖细胞或粒系单核祖细胞，并在MDS样scRNA样品中观察到了NK和CD8 + T细胞的大量存在（图3H），且T细胞趋向于细胞毒性和TEM样表型，NK细胞更多聚集于适应性自然杀伤(NK)细胞中（图3I和图3J）。接着，作者确定了AML细胞和毒性细胞之间潜在的受体-对。CLEC2B 和 BAG6在MDS样亚型急性髓细胞白血病(AML)细胞中表达，同时在 NK 细胞中表达激活受体 KLRF1和 NCR3，这可能与 NK 细胞的较高浸润和调控增强有关（图3K）。以上数据揭示了 MDS样 AML 患者细胞毒性淋巴细胞和不同分化阶段的原始细胞之间的受体-相互作用，这可能是细胞溶解性浸润增加的原因。
图3 与免疫细胞浸润相关的遗传改变 4.HLA II类反式激活因子CIITA表观遗传修饰可调节肿瘤抗原呈递 作者通过分析HLA基因的表达，检测驱动免疫逃逸的潜在转录下调。与其他细胞群相比，红系谱系，造血祖细胞和T-ALL细胞的HLA I得分较低（图4A）。虽然HLA I表达的差异相当较小，但HLA II变化较大（图4B）。在急性白血病中，特定的转录组显示出HLA II表达下调，以及NPM1或M2 FAB亚型突变（图4B和3C）。作者整合TCGA 中AML队列的突变、拷贝数变异和 DNA 甲基化等分子特征与 HLA II 评分数据，发现HLA II类反式激活因子CIITA的表达与HLA II得分密切相关（图4D）。CIITA甲基化在HLA II转录组中富集得分较低（图4E）。考虑到HLA II沉默的潜在表观遗传特性，作者利用去甲基化药物地西他滨，研究是否可以降低急性白血病细胞系中CIITA甲基化并诱导HLA II表达（图4F）。结果显示，地西他滨在MOLM13细胞中诱导了整体去甲基化，包括 CIITA 启动子 CpG 岛的显著变化；并且，在MOLM13和MV411细胞上，RNA-seq证明CIITA和HLA II基因表达增加，并且通过用已知的HLA II诱导剂IFN-γ处理后而进一步上调（图4G），并通过实验证明了CIITA通过甲基化等方式沉默后可以阻止 HLA II介导的抗原呈递激活（图4J-K）。这些数据表明，急性白血病细胞可通过HLA II基因的转录下调来逃避抗原呈递，而HLA II基因的CIITA甲基化可在急性白血病的不同遗传和转录亚型以及整个血液癌中产生。 
图4 抗原呈递 HLA 基因的表达与表观遗传调控相关 5.免疫检查点与癌症亚型和基因改变相关 作者通过探究T细胞和NK细胞的共刺激和共抑制受体的表达去确定潜在的免疫检查点。发现髓系恶性肿瘤和急性白血病与成熟淋巴系恶性肿瘤免疫调节基因表达具有不同模式（图5A）。抑制性CD274(PD-L1)在淋巴瘤中表达高于髓系恶性肿瘤，并在DLBCL中，免疫细胞浸润更严重的ABC亚型具有更高的CD274表达。髓系恶性肿瘤 AML、 CML、幼年髓系白血病(JMML)和MDS，高表达编码B7家族抑制性T细胞检查点VSIR（图5B）。在 AML 中，启动子甲基化与 CD200，CD274，NKG2D，ULBP和ULBP3、PDCD1LG2和CD80的表达呈负相关(图5C)。在DLBCL中，CD70在高度表达时常发生突变从而实现免疫逃逸(图5 d)。最后，作者在蛋白质水平和功能上验证癌症亚型特异性免疫检查点。定量mIHC证实，与白血病相比，在非GCB肿瘤中DLBCL 的 PD-L1+细胞增加（图5e），VISTA 在单核细胞样 AML 和 CML 中表达增加（图5F），CD70的表达仅限于淋巴系肿瘤（图5G），说明PD-L1，VISTA和CD70以癌症亚型为特异性的方式表达，并且可能受到DNA甲基化或遗传改变的影响。
图5 免疫检查点与癌症亚型和遗传变异相关 6.CGAs在多发性骨髓瘤中的表达激活 为了评估适应性细胞毒性免疫反应的潜在靶点，作者整合GTEx和 Hemap 数据库，探究癌胚抗原（CGA）的表达情况。通过筛选出CGA相关基因（图6A），发现CGAs 在 MM 中表达最为明显（图6B），且多种CGA在肿瘤亚型间特异性表达（图6C）。接着，作者探究 DNA 甲基化改变与CGA 转录激活的关系，以确定CGA 异常表达的机制。发现在CCLE的MM细胞系中，CGA被频繁低甲基化并高度表达（图6D-F），且NRAS 突变、超二倍体染色体数目、突变负荷与 CGA 表达相关（图6G），而在DLBCL中，CGA的数量与突变、CNV载量和特异性改变相关（图6H）。这些数据表明CGA表达在骨髓瘤和淋巴瘤中激活，并存在与免疫逃避相关的基因组改变，通常涉及启动子低甲基化。
图6 CGA 在多发性骨髓瘤中表达激活，并与 DNA甲基化相关 7.癌症亚型特异性免疫特征与生存率相关 最后，作者将研究的血液肿瘤免疫学异质性与病人生存期相关联。在AML、MM和DLBCL的多个数据集中使用单变量Cox比例风险模型确定了免疫学特征的生存关联（图7A），发现具有亚型特异性。免疫调节基因CLEC2B和VistA以及MDS样亚型和单核细胞亚型与不良预后相关（图7A和7B）。在MM中，CGA高表达以及过多的CGA数量与不良预后相关（图7A和7C），并发现与免疫检查点CD274(PD-L1)、 PDCD1LG2(PD-L2)和 VISTA与高存活率相关（图7E）。在 DLBCL中，一些巨噬细胞表达的与细胞溶解性评分相关的基因，包括 C1QA、 C1QB、 C1QC 和 M2极化相关的 CD163，与较差的生存率有关（图7A和7D），并发现部分CGA与MM和DLBCL的预后较差有关（图7E和7F），这些发现证明了血液恶性肿瘤不同分子亚型的免疫学特性与患者预后之间的关系。
图7 免疫学特性与生存相关 本文对血液系统癌症进行全面的免疫基因组学分析，研究细胞毒性免疫浸润、抗原呈递、免疫细胞共刺激和癌症抗原表达模式与癌症亚型和基因组学的关系。基因型-免疫表型关联的综合分析提供了基因组和肿瘤微环境因素与不同肿瘤之间免疫状况变化相关的证据，为血液系统恶性肿瘤的免疫学特征与癌症亚型和基因组学的研究提供了丰富的资源。
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