? ? ?? 來源：弗雷賽斯

? ? ?? 今天和大家講下老牌雜志Elife IF:7.551上的一篇有關(guān)免疫治療預(yù)測標(biāo)志物的文章。

? ? ? ? 1.研究背景

? ? ? 如今以免疫檢查點(diǎn)抑制劑(ICI)為代表的免疫治療正在改變癌癥的治療。然而，只有一小部分患者對ICI有反應(yīng)，并且如今對可以識別出哪些患者更有可能對免疫治療有反應(yīng)的生物標(biāo)志物仍有廣泛的需求。ICI反應(yīng)的基礎(chǔ)是腫瘤的免疫原性，免疫原性主要由腫瘤的抗原性和抗原呈遞效率決定。在此，作者提出一種測量腫瘤免疫原性評分(TIGS)的方法，該方法結(jié)合了腫瘤突變負(fù)荷(TMB)和抗原處理呈遞機(jī)制(APM)的表達(dá)特征。無論是與泛癌ICI反應(yīng)率(ORR)的相關(guān)性，還是對個(gè)體患者的ICI臨床反應(yīng)預(yù)測，TIGS始終比TMB和其他已知的ICI反應(yīng)預(yù)測生物標(biāo)志物表現(xiàn)出更好的性能。本研究表明TIGS是一種有效的腫瘤內(nèi)在生物標(biāo)志物，可用于ICI應(yīng)答預(yù)測。

? ? ?? 2.材料和方法

? ? ? 1)?? 泛癌的臨床、基因表達(dá)以及免疫數(shù)據(jù)：下載33個(gè)TCGA組的泛癌水平RNA-Seq數(shù)據(jù)和臨床信息；從GEO數(shù)據(jù)庫下載細(xì)胞癌、皮膚鱗癌和小細(xì)胞肺癌的微陣列基因表達(dá)數(shù)據(jù)集。

? ? ?? 2)?? GSVA:采用GSVA法定量分析APM基因在免疫細(xì)胞類型中的表達(dá)狀態(tài)和浸潤水平。

? ? ? 3)? 評估免疫浸潤得分：樣本免疫滲透得分(IIS)被定義為巨噬細(xì)胞,DC子集,B細(xì)胞,細(xì)胞毒性細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞,中性粒細(xì)胞,NK細(xì)胞子集,和所有的T細(xì)胞亞群的標(biāo)準(zhǔn)化值。

? ? ?? 4) 用于TIGS計(jì)算的APM評分標(biāo)準(zhǔn)化:公式如下APSnormalized= APS?APSpancan_minAPSpancan_max? APSpancan_min

? ? ?? 5)?? 用于TIGS計(jì)算的TMB數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化:TMB被定義為每百萬堿基(Mb)基因組的非同義改變數(shù)。

? ? ?? 6)?? TIGS估算：使用公式TIGS= APSnormalized × log(TMB)，這里用的是自然數(shù)。值得注意的是，一些腫瘤的TMB水平低于1個(gè)突變/Mb，因此在量化“腫瘤抗原性”時(shí)為避免出現(xiàn)負(fù)數(shù)，公式如下TIGS= APSnormalized × ln(TMB +1)。

? ? ?? 3.研究結(jié)果展示

? ? ?? ①APM 評分定義以及泛癌分析

? ? ? 抗原處理和呈遞的效率是決定腫瘤免疫原性的一個(gè)因素。在這里，作者使用APM過程中涉及基因的mRNA表達(dá)狀態(tài)作為這些抗原處理和呈遞步驟效率的指標(biāo)。采用GSVA方法檢測APM基因的整體表達(dá)富集情況。在查閱文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,以下基因被選擇:PSMB5, PSMB6, PSMB7, PSMB8, PSMB9,PSMB10, TAP1, TAP2, ERAP1, ERAP2, CANX, CALR, PDIA3, TAPBP, B2M,HLA-A,,HLA-BHLA-C(圖1)。GSVA計(jì)算每個(gè)樣本一個(gè)特定基因的過表達(dá)水平，得到的GSVA評分被定義為APS。為了探索APS的泛癌分布模式，作者分析了TCGA中32種癌癥類型的約10,000個(gè)腫瘤(圖1)。圖1A的箱線圖顯示了TCGA癌癥類型中APS的巨大差異，這揭示了不同癌癥類型之間在抗原處理和呈遞效率方面的顯著差異。單變量Cox回歸分析表明，APS與癌癥患者的生存相關(guān)，有些具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(圖1B)。且具有泛癌風(fēng)險(xiǎn)比值的Meta分析表明APS與預(yù)后無關(guān)(圖1B)。

圖1

? ? ?? ②APS在癌癥中的確定和相關(guān)性

? ?? 為了識別決定患者APS狀態(tài)的特定基因特征，作者首先根據(jù)APS狀態(tài)對每種TCGA癌癥類型進(jìn)行差異基因表達(dá)分析。中位數(shù)以上為APS高，中位數(shù)以下為APS低。差異表達(dá)基因(p-value < 0.01, FDR < 0.05)由logFC從高到低排序，然后選擇MSigDB的基因集進(jìn)行基因集富集分析(GSEA)。在hallmark基因組的結(jié)果中，發(fā)現(xiàn)幾個(gè)基因特征(特別是干擾素/伽瑪反應(yīng))在大部分APS水平高的TCGA癌癥類型中富集，表明APS水平高與干擾素/伽瑪信號通路密切相關(guān)(圖2A)。GSEA進(jìn)一步驗(yàn)證了這一結(jié)果(圖2)。并且，干擾素伽瑪被報(bào)道調(diào)節(jié)APM基因表達(dá)，這與這一觀察是一致的。此外，免疫細(xì)胞浸潤評分(Immune score, IIS)通過GSVA計(jì)算，使用免疫細(xì)胞類型的標(biāo)記基因列表，并通過CIBERSORT方法驗(yàn)證。TIMER是另一種可以根據(jù)復(fù)雜組織的基因表達(dá)譜，準(zhǔn)確分辨不同細(xì)胞類型相對分?jǐn)?shù)的方法。為了進(jìn)一步驗(yàn)證計(jì)算出的IIS，作者進(jìn)行了TIMER分析，發(fā)現(xiàn)TIMER結(jié)果與計(jì)算出的IIS高度相關(guān)(圖2)。也觀察到APS和IIS在癌癥類型水平和患者個(gè)體水平上的顯著相關(guān)性(圖2 B和C)。TMB與IIS的相關(guān)性較弱(圖2D和E)。

圖2

? ? ?? ③腫瘤免疫原性評分定義和泛癌分析

? ?? 腫瘤免疫原性由兩個(gè)因素決定:腫瘤細(xì)胞的抗原性和腫瘤抗原的加工和表達(dá)。這兩個(gè)因素是獨(dú)立的，都是腫瘤免疫原性測定所必需的。從理論上講，腫瘤免疫原性評分(TIGS)可以表示為[腫瘤抗原性]x[抗原處理及呈遞狀態(tài)]。首先作者計(jì)算了TMB和RNA-seq基因表達(dá)數(shù)據(jù)均可獲得的TCGA樣本的TIGS(32種癌癥類型，8413個(gè)樣本)(圖3A)。高TIGS的癌癥類型包括:皮膚黑色素瘤(SKCM)、彌漫性大b細(xì)胞淋巴瘤(DLBC)、結(jié)腸腺癌(COAD)、頭頸部鱗癌(HNSC)(圖3A)。單變量Cox回歸分析表明，TIGS與癌癥患者的生存相關(guān)，這種相關(guān)性在某些癌癥類型中具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(圖3B)。涉及所有TCGA癌癥類型的Meta分析表明，在未接受免疫治療的患者中，高TIGS往往與不良預(yù)后相關(guān)(圖3B)，這可能是由于其機(jī)制與導(dǎo)致高TMB的機(jī)制相同。

圖3

? ? ?? ④TIGS與泛癌ORR對PD-1的抑制作用

?? 計(jì)算TIGS，可以使用兩種不同的方法。在第一種方法中，APS和TMB信息來自于不同的研究。這種方法可以包含大量不同的癌癥數(shù)據(jù)集。在第二種方法中，所有的APS和TMB信息都是從相同的TCGA數(shù)據(jù)集中獲得的，在這種情況下，可用于研究的癌癥類型少。在TCGA數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上計(jì)算23種腫瘤類型的APS信息，在GEO芯片數(shù)據(jù)集上計(jì)算默克爾細(xì)胞癌、皮膚鱗癌和小細(xì)胞肺癌的APS信息。發(fā)現(xiàn)APS、TMB、TIGS與ORR顯著相關(guān)(圖4)。這些泛癌的ORR分析表明，TIGS在與免疫治療ORR的相關(guān)性方面優(yōu)于TMB或APS。當(dāng)使用第二種方法進(jìn)行TIGS計(jì)算時(shí)，TIGS在泛癌ORR相關(guān)性方面仍然優(yōu)于TMB和APS。

圖4

? ? ?? ⑤TIGS與ICI臨床反應(yīng)的預(yù)測

? ?? 與TMB和APS相比，TIGS在不同類型癌癥中與免疫治療ORR的相關(guān)性增強(qiáng)。在此，作者進(jìn)一步評估TIGS在預(yù)測單個(gè)癌癥患者ICI臨床反應(yīng)中的表現(xiàn)，作者使用ROC曲線來觀察在TMB、TIDE或TIGS值的不同閾值下真實(shí)陽性率與假陽性率(圖5A-C)。與廣泛使用的ICI-response 標(biāo)志物TMB相比，TIGS在所有三個(gè)ICI數(shù)據(jù)集上都取得了更好的性能(圖5A-C)。TIGS的預(yù)測能力可與兩組黑色素瘤數(shù)據(jù)集中的TIDE相媲美。然而，TIDE未能預(yù)測尿路上皮癌對免疫治療的反應(yīng)，因此TIGS在尿路上皮癌數(shù)據(jù)集中表現(xiàn)更好(圖5C)。TIGS在三個(gè)數(shù)據(jù)集中也優(yōu)于其他基于基因表達(dá)譜的免疫治療生物標(biāo)志物，包括IIS、IFNG、ISG、RS, IFNG等(圖5D-F)。此外，APS本身也顯示了更優(yōu)或類似的預(yù)測能力相比其他生物標(biāo)記(圖5D-F)。在所有三個(gè)可用的數(shù)據(jù)集中，Kaplan Meier進(jìn)一步比較了高低TIDE、TMB或TIGS水平患者的總體生存曲線(圖5G O)。

圖5

? ? ?? 4.結(jié)論

? ? ? 文章在泛癌中使用表達(dá)數(shù)據(jù)、臨床數(shù)據(jù)以及結(jié)合免疫評估，差異表達(dá)，GSEA，生存分析等方法最終識別出了有效的生物學(xué)標(biāo)志物，并對標(biāo)志物的性能進(jìn)行了測評，工作量很大。無論是研究預(yù)后還是免疫的小伙伴都可以借鑒文章的研究方法以及角度。