【原】7分纯生信SCI 基因突变预测免疫治疗疗效

大家好，今天要和大家分享的是2021年1月发表的一篇文章：“ZFHX3 mutation as a protectivebiomarker for immune checkpoint blockade in non‑small cell lung cancer”。

多项研究表明，特异性基因突变可能是非小细胞肺癌(NSCLC)免疫检查点抑制剂(ICI)治疗的预测标记物。本研究中使用了350例已发表的免疫治疗队列的NSCLC患者的突变和生存数据。首先，作者使用免疫治疗队列的突变数据来识别与ICI治疗预后相关的基因突变。随后，进一步对免疫治疗队列和TCGA-NSCLC队列进行研究，以阐明特异性基因突变与肿瘤免疫原性、抗肿瘤免疫应答能力以及DNA损伤反应(DDR)途径中免疫细胞和突变计数的关系。结果表明，ZFHX3突变是接受ICI治疗的NSCLC患者的独立预测生物标志物。ZFHX3突变型(ZFHX3-MT)与ZFHX3-野生型(ZFHX3-WT)患者的总生存时间差异有显著性。ZFHX3-MT与较高的肿瘤突变负荷(TMB)和新抗原负荷量(NAL)显著相关，ZFHX3-MT与已知的免疫治疗反应生物标志物(包括T细胞浸润、免疫相关基因表达和DDR途径突变计数)呈正相关。ZFHX3-MT与ICI治疗后NSCLC患者较长的OS密切相关，提示ZFHX3突变可作为指导NSCLC ICI治疗的新的预测指标。

 

发表杂志：Cancer Immunol Immunother.

影响因子：6.968

一、研究背景

肺癌是世界上发病率和死亡率最高的恶性肿瘤。非小细胞肺癌(NSCLC)约占肺癌的80-85%，超过50%的患者在确诊时存在远处转移。NSCLC患者的5年生存率不到15-20%。近年来，随着程序性细胞死亡蛋白-1(PD-1)及其配体PD-L1、细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4(CTLA-4)等免疫检查点分子的发现，免疫治疗已成为肺癌最有前途的治疗策略之一。在晚期非小细胞肺癌中，免疫检查点抑制剂(ICIS)治疗的应答率约为17-21%。然而，免疫治疗缺乏精确的生物标志物来预测疗效。因此，识别生物标志物以筛选ICI疗效的优势人群尤为重要。

二、流程图

三、分析解读

1、数据收集与处理

①为了评估NSCLC患者基因突变与ICI疗效的关系，作者收集了抗PD-L1单药或联合抗CTLA-4 NSCLC临床队列(N=350)。

②R包“TCGAbiolinks”用于TCGA-LUAD和TCGA-LUSC队列的mRNA表达谱数据、体细胞突变数据和患者预后信息处理，将TCGA-LUAD和TCGA-LUSC队列合并到TCGA-NSCLC队列中进行后续分析。

③使用cBioPortal下载TCGA-LUAD和TCGA-LUSC患者的生存数据(DFS)。

④从癌症药物敏感性基因组数据库(GDSC)下载67个非小细胞肺癌细胞系的全外显子测序(WES)数据和药物敏感性数据。

2、生存相关基因突变的鉴定

①免疫治疗队列的突变数据用于鉴定与ICI预后相关的特异性突变基因。

②采用单因素和多因素Cox回归模型分析和Kaplan-Meier分析评价特异性突变基因在ICI治疗中的预测作用。

结果：ICI治疗的NSCLC队列的Cox比例风险回归分析

下图A：突变数、免疫治疗药物的种类和特异性基因突变(PBRM1、ZFHX3、NTRK3、EPHA5、EPHA7、EphA3、MGA和PTPRD)与免疫治疗的预后有关。

下图B：低突变数、PBRM1突变和免疫单药治疗与较差的免疫治疗预后相关；相反，其他基因突变，包括ZFHX3、NTRK3、EPHA5、EPHA7、EphA3和MGA与较好的免疫治疗预后相关。

上图C：ZFHX3突变与免疫治疗预后较好相关，PBRM1突变与免疫治疗预后不良相关。

下图D：ZFHX3-MT非小细胞肺癌免疫治疗的患者患者的OS明显长于ZFHX3-WT患者。

下图G：在ICI治疗后，ZFHX3-MT LUAD患者的OS比ZFHX3-WT患者更长。

下图E,F,H,I,K,L：探讨ZFHX3突变与没有接接受免疫治疗的TCGA-NSCLC/LUAD/LUSC的OS和DFS的关系。

3、肿瘤免疫原性与免疫特性的相关性分析

①使用CiberSort评估TCGA-NSCLC队列的22个免疫细胞浸润状态，并将这些基因的表达水平量化为log2(FPKM+1)。

②为了进一步探讨ZFHX3突变患者的临床特征，作者进一步分析了ZFHX3突变患者的临床特征(年龄、性别、免疫治疗药物种类、吸烟史和临床分期)与ZFHX3突变之间的关系。

③为了研究ZFHX3-MT非小细胞肺癌的免疫特性，作者比较了ZFHX3-MT和ZFHX3-WT肿瘤免疫相关基因表达模式的差异。

④为了进一步研究ZFHX3-MT非小细胞肺癌的肿瘤免疫微环境，作者采用CiberSort算法对TCGA-NSCLC的免疫细胞浸润状态进行了评估，并比较了ZFHX3-MT和ZFHX3-WT肿瘤免疫细胞浸润模式的差异。

结果：

①突变情况、NSCLC患者的临床资料以及患者ZFHX3突变的特点。

下图A：Samstein队列中NSCLC中最常见的20个突变基因(ICI治疗)。

下图B：TCGA-NSCLC队列中NSCLC中突变频率最高的20个基因。

下图C：显示了ZFHX3突变在接受ICI治疗的队列(左图)和TCGA-NSCLC队列中的分布。

下图D：TCGA中每种癌症类型ZFHX3-MT肿瘤的比例。

②ZFHX3突变与肿瘤免疫原性增强和抗肿瘤免疫激活有关。

下图A：气泡图描绘了TCGA-NSCLC/LUAD/LUSC队列中ZFHX3-MT和ZFHX3-WT肿瘤免疫相关基因mRNA表达的平均差异。

下图B-G：比较ZFHX3-MT与ZFHX3-WT(TCGA-NSCLC、LUAD和LUSC)肿瘤中趋化因子、细胞溶解活性相关基因和免疫检查点等免疫相关基因的表达水平。

③ZFHX3-MT和ZFHX3-WT肿瘤在TCGA-NSCLC(A)、LUAD(B)和LUSC(C)队列中免疫细胞的比较。

4、DDR通路富集分析

使用R软件包“clusterProfiler”分进行富集分析

 

结果：

 

①TCGA-NSCLC队列中ZFHX3-MT和ZFHX3-WT肿瘤的转录组生物学功能特征。

 

下图A：在TCGA-NSCLC队列中，ZFHX3-MT和ZFHX3-WT肿瘤的GSEA评分差异。结果显示，ZFHX3-MT和ZFHX3-WT肿瘤之间存在显著的相关性。

 

下图B：从MSigDB下载的标记基因集的GSEA，ZFHX3-MT和ZFHX3-WT肿瘤之间存在显著的相关性。

 

下图C：热图描绘了在TCGANSCLC、LUAD和LUSC队列中ZFHX3-MT和ZFHX3-WT肿瘤之间的平均富集结果差异和显著相关性。

②比较ZFHX3-MT和ZFHX3-WT在ICI治疗的NSCLC(A)、ICI治疗的LUAD(B)、TCGA-NSCLC(C)和TCGA-LUAD(D)队列中的DNA损伤相关基因集改变。

小结：

在这项研究中，作者通过NSCLC免疫治疗队列的突变和临床数据进一步分析了特定基因突变与ICIS治疗NSCLC疗效之间的关系。结果发现，ZFHX3突变是非小细胞肺癌免疫治疗预后的独立预测因子。ZFHX3-MT与免疫治疗后OS延长相关，ZFHX3-MT与TMB、NAL、免疫相关基因、免疫细胞、DDR通路突变数等免疫治疗预测指标呈正相关。因此，ZFHX3突变可作为指导NSCLC ICI治疗的一种新的潜在预测指标。

ZFHX3-MT非小细胞肺癌ICIS治疗后疗效和预后改善的可能机制