 导语 今天给同学们分享一篇关于DNA修复相关基因的影响胃癌预后的生信文章“ A Novel DNA Repair Gene Signature for Immune Checkpoint Inhibitor-Based Therapy in Gastric Cancer ”，这篇文章于2022年5月发表在 Front. Cell Dev. Biol 杂志上，影响因子=6.684。在这项研究中，作者开发了一种新的15-DNA修复基因特征(DRGS)及其相关评分系统，并评估了DRGS在鉴别使用公开可用的数据集，研究胃腺癌患者的不同分子和免疫特征以及治疗结果。结果表明，与DRGS低分患者相比，DRGS高分患者的ICB治疗效果明显更好。 1. 15-DNA修复基因特征的鉴定及评分系统的构建 如上所述，从人类DNA修复基因网站获得了219个DNA修复基因。接下来，作者使用R中的DEseq2包处理来自TCGA-STAD的原始数据，并使用在线平台GEO2R查找肿瘤（n=375）和正常（n=32）组织之间差异表达的基因。最后，作者在219个DNA修复基因中鉴定了15个常见基因，它们在TCGA-STAD和GSE30727（肿瘤n=30，正常n=30）中均有差异表达（图 1A）。然后作者使用PCA生信分析作为降维方法来获得15个基因的第一维相关系数（图 1B）。基于这些系数，作者创建了一个15-DNA修复基因特征(DRGS)评分系统。然后使用DRGS评分将患者分为高分组和低分组。  图1 DNA修复基因和DRGS评分系统的构建 2. 不同15-DNA修复基因特征评分组的免疫特征 作者通过ImmuCellAI确定了375个TCGA-STAD样本的免疫特征，以估计每个胃癌样本中 24 种免疫细胞的特定分数。为了分析不同评分亚组中免疫细胞的组成（高分组=187，低分组=188），作者使用Mann Whitney U检验比较了两个评分组中免疫细胞类型的分布。结果显示，两组之间14个免疫细胞的浸润率存在显着差异。作者发现DRGS高分组中γδ T细胞、中性粒细胞和Th1细胞等抗肿瘤细胞更丰富，而免疫抑制或肿瘤增强细胞如B细胞、CD4 T细胞、单核细胞、Th17细胞、Tfh细胞和Tr1细胞在DRGS低分组中更丰富（图 2 、图 3A）。在作者的研究中，DRGS低分组样本的浸润评分显着高于高分组（图 3B）。此外，作者使用ImmuCellAI预测ICB治疗的反应，发现DRGS高分组中有53.5%的患者和DRGS低分组中有更少的患者，以响应ICB治疗（图 3C）。  图2 DRGS高和低分亚组中的免疫细胞类型浸润  图3 DRGS评分亚组的免疫特征 3. 15-DNA修复基因特征评分组与其他组织学和分子分类之间的关系 为了检查作者的评分分组与其他组织学和分子分类之间的关系，作者对TCGA-STAD数据库的372例胃癌患者样本的临床数据进行生信分析。根据Lauren分类，胃癌可分为3种亚型，即肠型、弥漫型和混合型。在作者的生信分析中，DRGS高分组的特点是肠道亚型样本比例非常高（86.1%），而弥漫性和混合亚型样本分别仅为7.8%和6.1%。另一方面，DRGS低分组（n = 115）由51.3%的肠道样本、40.0%的弥漫性样本和8.7%的混合样本组成。从统计学上看，与低分组相比，DRGS高分组的肠癌样本和弥漫型胃癌样本显着减少（图 4A）。  图4 分分组与其他组织学和分子分类之间的关系 TCGA 提出了胃腺癌的 4 种亚型：EBV 阳性、MSI、基因组稳定(GS)、染色体不稳定性(CIN)。在作者的研究中，DRGS高分组的EBV阳性(11.2%)和MSI(27.8%)亚型样本的百分比更高。相比之下，DRGS低分组的GS(23.1%)和CIN(63.9%)亚型样本百分比较高(图 4B)。根据微卫星标志物的突变频率，胃癌可分为MSS、MSI-H和MSI-L。在作者的研究中，DRGS高分组MSI-H亚型患者的百分比高于低分组。相比之下，DRGS低分组的MSS亚型患者多于高分组（图 4C）。 4. 15-DNA修复基因特征评分的预后能力 为了研究DRGS评分的预后影响是否独立于可能与患者预后相关的临床因素，作者首先对TCGA-STAD数据集中所有可用的临床参数（n = 372）进行了单变量Cox回归生信分析。选择表现出显着预后影响的临床参数与DRGS一起进行多变量Cox回归生信分析。结果表明，DRGS是一个独立的预后因素。以中位分数作为截止值，DRGS 高分患者的OS比DRGS低分患者有更好的OS（图 5A）。然后，使用GSE26901、GSE15459和GSE26899胃癌数据集验证评分系统的预后价值。如图5所示，DRGS高分组GSE26901患者的预后明显优于低分组患者（图 5B），与TCGA数据集的结果一致.然而，两个DRGS组之间的 GSE15459（图 5C）或 GSE26899（图 5D）没有显着的OS差异。  图5 DRGS评分系统的预后能力 5.不同15-DNA修复基因特征评分组的分子特征 为了确定TMB和DRGS评分之间的关系，作者对TCGA-STAD 的 365 个胃腺癌样本的体细胞突变数据进行生信分析。生信分析表明，DRGS评分与TMB呈正相关（图 6A）。DRGS高分组的样本TMB显着高于DRGS低分组(图 6B)。所有突变事件都分为不同的类别，其中错义突变在变异分类中占最大比例，单核苷酸多态性（SNP）比插入或缺失更频繁地发生，并且C >T是所有TCGA-STAD样本中最普遍的单核苷酸变体(SNV)。值得注意的是，DRGS高分组的每个样本的变异中位数高于DRGS低分组。PD-L1表达是PD-L1阻断易感性的另一个重要生物标志物。作者发现DRGS高分组中的PD-L1表达显着高于DRGS低分组（图 6D）。DRGS评分与PD-L1表达呈正相关（图 6C）。  图6 两个DRGS评分组的分子特征 5. 在不同的 15-DNA 修复基因特征评分组中使用程序性细胞死亡配体 1 阻断剂进行免疫治疗的好处 鉴于作者的评分系统与肿瘤免疫微环境之间的关联，如上所述，作者测试了DRGS评分系统预测患者对免疫治疗反应的能力。该分析基于 IMvigor210CoreBiology 队列，这是一项大型 2 期试验，研究用atezolizumab阻断PD-L1在转移性尿路上皮癌（mUC）中的临床活性。作者发现 DRGS 高分患者表现出显着延长的总生存期（图 7A）。此外，该队列中的298名患者对抗PD-L1阻滞剂表现出不同程度的反应。在DRGS高分和低分组之间进行的卡方检验也显示DRGS高分患者的治疗结果明显优于低分患者（图 7B）。作者还在两名DRGS组患者中分析了 IMvigor210CoreBiology的三种免疫亚型（免疫炎症、免疫排斥和免疫沙漠）。 与低分患者相比，DRGS高分患者的“免疫炎症”肿瘤百分比显着较高，而“免疫沙漠”和“免疫排除”肿瘤的百分比较低（图 7C)。  图7 使用PD-L1阻滞剂进行免疫治疗的益处 6. 15-DNA修复基因特征评分及其潜在的化疗价值 为了探索DRGS评分系统对化疗药物反应的影响，作者在GDSC数据库中评估了 DRGS评分与胃癌细胞系(n = 23)药物反应之间的关联。作者在DRGS评分和药物敏感性之间确定了5个显着相关的对，所有这些对都显示出与DRGS评分相关的耐药性，包括胰岛素样生长因子受体IGF1R_3801 、AKT抑制剂ipatasertib、存活抑制剂司潘溴铵、ULK1蛋白激酶ULK1_4989和AKT抑制剂uprosertib (图 8A)。此外，作者发现这些药物主要针对PI3K/MTOR、IGF1R和细胞凋亡调节信号通路（图 8B）。  图8 DRGS评分在化疗中的潜在治疗价值 7.k15-DNA 修复基因特征中基因表达的免疫组织化学验证及其与程序性细胞死亡配体1表达的关系 通过IHC生信分析，作者发现在胃肿瘤组织中，除PARPBP、EME1和RAD54L外，DRGS 中大多数基因的蛋白表达均显着增加（图 9A）。在HPA数据中，与正常组织相比，除FANCA、UBE2T、POLQ、EXO1和XRCC2外，DRGS的表达显着上调（图9B）。作者还分析了DRGS和PD-L1蛋白表达之间的关系。如图10A、B所示，基于IHC生信分析（n = 10），除 PARPBP、EME1和RAD54L外，DRGS中基因的蛋白质表达与 PD-L1 表达呈正相关（图 10A、B)。在HPA数据中，PRKDC、FANCI、LIG1、RECQL4、FANCA、PARPBP、RAD54L和FANCD2的蛋白水平与PD-L1的蛋白水平呈正相关（图 10C）。因此，上述结果验证了生信分析的结果。  图9 胃癌组织和正常组织中DRGS中基因的蛋白质水平  图10 PD-L1和DRGS之间蛋白质表达的相关性。 小结 DRGS是患者对基于免疫检查点抑制剂(ICI)治疗反应的有希望的预测指标。需要进一步的研究来评估DRGS在定制免疫治疗方面的临床效用。 |
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