IF=5.869|新奇的TP53思路百里挑一
前言
今天和大家分享的是2020年3月份发表在Oncoimmunology杂志上的一篇文章（IF=5.869)“A TP53-associated gene signature for prediction of prognosis and therapeutic responses in lung squamous cell carcinoma”。文章中作者基于TCGA数据库，分析TP53突变状态影响的差异表达基因，并确定了与TP53突变状态相关的可用于临床中预后及治疗的三基因标记。
A TP53-associated gene signature for prediction of prognosis and therapeutic responses in lung squamous cell carcinoma
TP53相关基因标志可预测肺鳞癌预后及疗效
一、研究背景
肺癌是人类常见的恶性肿瘤之一，是全球癌症患者死亡的主要原因。非小细胞肺癌（NSCLC）有三种不同的亚型：肺腺癌（LUAD）、肺鳞状细胞癌（LUSC）、大细胞肺癌（LCLC）。LUSC约占所有肺癌病例的30％，全球每年约有40万人死亡。越来越多的证据表明，癌症的恶性表型受肿瘤微环境的影响。肺癌是一种对免疫敏感的恶性肿瘤，被许多免疫细胞浸润（包括巨噬细胞，嗜酸性粒细胞，嗜中性粒细胞，树突状细胞，肥大细胞，自然杀伤细胞，B细胞和T细胞）。然而，很少有研究系统地探讨肺癌微环境的免疫表型与其预后之间的关系。本文从这方面入手，建立了可用于预测预后生存率以及治疗方案的三基因生物标志物。
二、研究思路
三、结果解读
1.LUSC和LUAD中的突变
肺癌的治疗决策一般基于组织学。肿瘤生物学的新见解和鉴定基因迅速发展改变了传统治疗的选择。作者最初试图确定LUSC和LUAD患者的体细胞突变：肿瘤患者TP53突变比较常见，作者在TCGA数据库中，发现LUSC中比LUAD更为普遍（77％比47％）。在ICGA数据库中验证了LUSC体细胞突变，TP53也是突变频率最高的基因，这与TCGA数据库中的高频率突变一致。
图1. LUSC和LUAD样本中的突变
2 按是否存在TP53突变的
LUSC患者分组鉴定差异表达基因(DEG)
TP53突变是肺癌临床相关分子标记，其高发生率表明TP53的状态与LUSC密切相关。因此作者将LUSC患者分为TP53突变和野生型组，并研究了它们之间的DEG。总共鉴定出773个上调的基因和783个下调的基因，如图2。为了深入了解DEG功能，作者在GSEA的基础上进行GO富集分析，发现TP53 突变状态基因主要涉及与免疫功能相关的通路，如主要组织相容性复合物（MHC）II类蛋白复合物，T细胞极性的建立，免疫球蛋白复合物以及循环和免疫球蛋白复合物，这表明与TP53突变状态相关的基因可能在LUSC的免疫相关过程中发挥重要作用。
图2.有无TP53突变的LUSC患者中DEG的鉴定
3 基于DEG预后signature的构建
为确定与LUSC的总生存期相关的DEG，首先进行了单变量Cox回归分析。以p <.0.05为cutoff值，共鉴定出75个可预测LUSC患者的总体生存的基因signature。然后应用多变量Cox回归分析验证基因与总体存活率之间的相互关系，只有三个基因显示出LUSC的重要预后特征，其中包含激肽释放酶相关肽酶6（KLK6），粘蛋白22（MUC22）和酪蛋白αs1（CSN1S1）。作者计算了预测预后价值的风险评分，并将LUSC患者分为低风险或高风险组。Kaplan-Meier分析表明，高危患者的总生存率明显低于低危患者。
图3.基于DEG的预后签名的构建
4 TP53突变下的总体生存
TP53突变状态与LUSC患者的预后显著相关。为了验证TP53突变状态是否独立于三基因对生存状态产生影响，作者按TP53突变状态进行分组。发现基于三基因标记的在两组Kaplan-Meier生存曲线具有显著差异。不同类型的TP53突变可能会影响LUSC患者的预后。为了探讨三基因标记是否独立于TP53突变类型，作者在TP53突变的最大亚组——错义突变中进行预后分析，发现三基因的高表达缩短了LUSC患者整体生存期。
图4.TP53突变状态下的总体生存状态
5 高危和低危LUSC患者的免疫细胞浸润情况
接下来作者研究了高危和低危LUSC患者之间免疫浸润的差异。如图5所示，高风险和低风险LUSC患者中22种免疫细胞类型在高/低风险组存在显著差异，其比例呈现弱到中度相关。作者接着研究了高/低风险组免疫细胞浸润丰度的差异，发现LUSC高危患者的单核细胞和巨噬细胞M1的比例明显增加，而T细胞CD8和T细胞滤泡辅助物的比例明显降低。作者还基于TGCA体细胞突变数据计算了TMB分数，发现LUSC患者的TMB明显更高。在LUSC中免疫浸润的异质性可能为免疫疗法提供预后指标和靶标，并且可能具有重要的临床意义。
图5. LUSC高危和低危患者的免疫细胞浸润情况
6 高危和低危LUSC患者的
免疫治疗和化学治疗反应
使用针对CTLA-4和PD-1的免疫检查点阻断疗法是治疗多种恶性肿瘤的有效策略，作者估算了针对高危和低危LUSC患者的CTLA-4和PD-1免疫检查点阻断疗法的临床反应。有趣的是，LUSC的高风险患者对抗PD-1治疗表现出更大的疗效。作者还调查了两组患者对不同化疗药物的敏感性，发现差异显著，高风险组患者对药物更敏感。
图6. LUSC高危和低危患者的免疫治疗和化学治疗反应
7 三基因特征与临床特征的相关性
接下来作者研究三个基因标志的风险评分是否为一个与传统临床信息相关的独立生物标志物。单因素Cox回归分析表明LUSC患者的TNM分期，T期和风险评分与较低的生存率相关，多因素Cox回归分析表明风险评分可以用作LUSC的特定预后指标。根据多因素分析中的因素建立了预后列线图。与TNM和T期相比，风险评分显示出更好的预测性能，如图7。
图7.三基因特征和临床特征之间的相关性
8 临床组织样本中基因签名的验证
作者使用90对LUSC组织和邻近正常组织的组织微阵列进行免疫组织化学检查KLK6和CSN1S1的表达水平，以确认已鉴定基因标志物的可靠性。结果显示，与正常组织相比，KLK6和CSN1S1蛋白在肿瘤组织中明显过表达。为确定KLK6和CSN1S1作为LUSC患者的预后生物标志物的可行性，作者进行了生存分析，结果表明KLK6和CSN1S1的表达水平与LUSC患者的整体生存率密切相关。作者还评估了基因标志（KLK6和CSN1S1）与PD-L1的表达之间的相关性，发现KLK6和CSN1S1与PD-L1的表达显着相关，如图8。
图8.临床组织样品中基因的验证
四、小结
作者基于TCGA数据库分析TP53鉴定了1,556个差异表达基因突变状态。通过单因素和多因素Cox回归分析确定了三个LUSC重要预后基因（KLK6，MUC22和CSN1S1），建立了列线图以用于临床验证。随后在临床样本中进一步验证了KLK6和CSN1S1的表达以及预后预测值。此外，作者还发现高风险组单核细胞和巨噬细胞M1浸润增加，CD8+T细胞和滤泡辅助性T细胞浸润降低，免疫浸润的异质性可能为免疫治疗提供预后指标和靶点，具有潜在的研究价值。