【原】11+纯生信，美其名曰“mRNA疫苗”，以后有关键基因就可以称之为mRNA疫苗了

公号生信小课堂 2021-12-13

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本研究旨在确定适用于弥漫性胶质瘤患者免疫治疗的亚型和潜在肿瘤抗原。首先，作者从中国胶质瘤基因组图谱（CGGA）和癌症基因组图谱（TCGA）数据库中获取弥漫性胶质瘤患者的基因表达谱和相应的临床信息，并基于各种数据库进行差异分析、生存分析、共识聚类分析和免疫浸润分析。最后使用WGCNA方法鉴定枢纽基因、与肿瘤抗原相关的模块以及免疫亚型。结果显示，KDR、COL1A2和SAMD9与临床结果密切相关，且与抗原提呈细胞（APC）和APC标志物的表达呈正相关。随后，作者在TCGA队列中区分了3种免疫亚型（Ims1、Ims2和Ims3）。此外，与其他两种亚型相比，Ims1亚型免疫抑制表型的恶性程度更高，并且与不良预后相关。而且3种肿瘤抗原和免疫检查点在3种免疫亚型之间差异表达。最后，与肿瘤抗原和免疫亚型相关的基因功能富集分析表明它们在许多免疫相关途径中富集。总之，KDR、COL1A2和SAMD9是针对弥漫性胶质瘤疫苗的潜在抗原，而且针对这3种抗原的免疫疗法更适合亚型Ims1的患者。

发表杂志：Theranostics.

影响因子：11.556

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研究背景

弥漫性胶质瘤预后极差，是最具侵袭性和致命性的原发性脑肿瘤。根据其独特的生物学特征，世界卫生组织（WHO）将弥漫性胶质瘤在组织学上分为Ⅱ级，Ⅲ级、Ⅳ级。近年来，多模式疗法，放疗辅助的最大安全手术切除和同步替莫唑胺（TMZ）化疗，已被用于治疗弥漫性胶质瘤。然而，弥漫性胶质瘤的复发几乎是不可避免的，而且患者的预后仍然很差。有限的治疗效果和快速的肿瘤进展可能归因于弥漫性胶质瘤的特定分子特征和异质细胞成分。迄今为止，基于生物学特征的疗法未能改善患者的预后，弥漫性胶质瘤患者急需新的治疗策略。

流程图

弥漫性胶质瘤潜在抗原的鉴定

①从正常组织、低级别胶质瘤和高级别胶质瘤中筛选出可能编码肿瘤抗原的上调基因，以检测弥漫性胶质瘤的潜在抗原。

②分析每个样本中的突变评分和突变计数来选择可能编码肿瘤特异性抗原的基因。

结果：

下图A-B：LGG(A)和GBM(B)中上调基因的染色体分布情况。

下图C-D：低突变评分和突变计数在大多数弥漫性胶质瘤患者中富集，表明大多数患者具有低免疫原性。

下图E-F：具有高突变频率的10个基因（TP53、IDH1、TTN、ATRX、PTEN、MUC16、CIC、EGFR、FLG和NF1）中的大多数富含高突变评分和突变计数。

与临床预后相关的肿瘤抗原的鉴定

①在TCGA和CGGA队列中分析过表达基因与患者OS、PFI和DSS之间的关联。

结果：

下图A：在LGG和GBM中重叠的上调基因。

下图B：扩增和突变的肿瘤抗原与来自上调基因的OS、DSS和PFI显著相关。

下图C-G：TCGA队列中COL1A2(C)、KDR(D)、SAMD9(E)、LRP1(F)和PDGFRA(G)的生存分析。

下图H-L：CGGA队列中COL1A2(H)、KDR(I)、SAMD9(J)、LRP1(K)和PDGFRA(L)的生存分析。

鉴定出的肿瘤抗原与抗原提呈细胞丰度之间的关系

①从TIMER数据库获得抗原提呈细胞（APC）的丰度以探索与已识别肿瘤的潜在关系抗原。

②验证抗原表达与APC丰度和APC标志物之间的关系。

结果：

下图：COL1A2(A)、KDR(B)和SAMD9(C)基因表达与弥漫性胶质瘤中APC浸润之间的相关性。

结果：TCGA弥漫性胶质瘤队列中3种抗原的表达水平与APC标志物之间的相关性。

下图A-C：COL1A2表达水平与CD40(A)、CD80(B)和CD86(C)表达水平之间的相关性。

下图D-F：KDR表达水平与CD40(D)、CD80(E)和CD86(F)表达水平之间的相关性。

下图G-I：SAMD9的表达水平与CD40(G)、CD80(H)和CD86(I)的表达水平之间的相关性。

免疫亚型的鉴定

①根据TCGA队列中3126个免疫相关基因的表达谱数据分析定义了3个免疫相关亚型。

②对TNF亚型A和B之间的差异表达基因进行GSEA富集分析。

③通过ssGSEA方法估计2种亚型中免疫细胞的相对丰度和免疫特征富集评分。

④分析免疫检查点分子在2种TNF亚型中的表达。

结果：

下图A-C：在共识聚类分析中，共识矩阵(CM)、delta面积和CFD曲线用于确定TCGA队列中的最佳簇数（n=3）。

下图D：进行t-SNE分析以评估亚型。

下图E-F：CGGA队列中对结果进行验证。

下图G：Ims1亚型主要富集C4，Ims2亚型主要富集C4、C5，Ims3亚型主要富集C5。

下图H-I：TCGA(H)和CGGA(I)队列中3个亚型的生存分析。

3种亚型的临床、细胞和分子特征分析

①研究3种亚型的临床特征。

②采用ssGSEA算法计算TCGA和CGGA队列中原肿瘤和抗肿瘤免疫细胞、基质细胞等35种细胞类型的丰度以确定适合针对3种抗原的免疫治疗的亚型。

③研究3种亚型与突变之间的相关性。

结果：

下表：TCGA和CGGA队列中3种亚型与临床特征之间的关联。

下图A-B：热图描述了TCGA(A)和CGGA(B)队列中原肿瘤和抗肿瘤免疫细胞、基质细胞以及其他3种亚型细胞的丰度。

下图C-D：TCGA(C)和CGGA(D)队列中不同亚型区分的原肿瘤免疫细胞丰度的箱线图。

下图A-B：在3个亚型中评估TMB(A)和突变基因(B)的数量。

下图C：Ims1亚型的IDH突变频率较低，而PTEN和NF1突变频率较高。

下图D：这3个基因在Ims1亚型中频繁突变，表明Ims1亚型更有可能产生肿瘤新抗原。

下图E：亚型Ims1比Ims2和Ims3表现出更高的KDR、COL1A2和SAMD9表达。

Ims1亚型中3种抗原表达与APC标志物的相关性

①分析TCGA和CGGA队列中3种抗原和APC标志物的表达之间的关系，以评估3种抗原的免疫原性对于亚型Ims1的mRNA疫苗的功效。

结果：

下图A-C：COL1A2的表达水平与CD40(A)、CD80(B)和CD86(C)的表达水平之间的相关性。

下图D-F：SAMD9的表达水平与CD40(D)、CD80(E)和CD86(F)的表达水平之间的相关性。

下图G-I：KDR的表达水平与CD40(G)、CD80(H)和CD86(I)的表达水平之间的相关性。

3种肿瘤抗原在弥漫性胶质瘤中的潜在生物学机制

①从TCGA和CGGA队列的3192个免疫基因中选择与3种抗原呈正相关的基因（r>0.3，P<0.001），以便识别3种抗原的潜在免疫相关途径。

结果：

下图A-C：TCGA队列中与COL1A2(A)、KDR(B)和SAMD9(C)相关基因的GO分析。

下图D-F：CGGA队列中与COL1A2(D)、KDR(E)和SAMD9(F)相关基因的GO分析。

弥漫性胶质瘤亚型和免疫相关枢纽模块的鉴定

①进行WGCNA以识别弥漫性胶质瘤亚型和免疫相关的中枢模块和基因。

结果：

下图A：拓扑重叠矩阵图。

下图B-C：TCGA(B)和CGGA(C)队列中的差异基因聚集的免疫基因树状图。

下图D-E：TCGA(D)和CGGA(E)队列中绿松石模块与免疫亚型之间的相关性。

下图F-G：TCGA(F)和CGGA(G)队列中绿松石模块的生存分析。

下图H-I：TCGA(H)和CGGA队列(I)中绿松石模块的中枢基因的GO分析。

小结：

本研究旨在确定用于弥漫性胶质瘤疫苗开发的潜在肿瘤抗原和免疫亚型。研究结果显示，3种过度表达、扩增和突变的分子（KDR、COL1A2和SAMD9）被鉴定为肿瘤抗原，并证实与不良预后相关。此外，这3种抗原与弥漫性胶质瘤中的APC浸润显著相关。随后，作者根据免疫相关基因表达谱数据在TCGA和CGGA队列中鉴定出3种免疫亚型。值得注意的是，这3种肿瘤抗原在Ims1亚型中高度表达，并且与APC标志物表达相关。总之，COL1A2、SAMD9和KDR是弥漫性胶质瘤疫苗开发的潜在抗原。

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