头颈部鳞状细胞癌的免疫相关基因预后指标
研究背景：免疫检查点抑制剂(ICI)治疗，如针对PD-L1、PD1和细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4 (CTLA4)的治疗，已显示出显著的生存优势。但是患者对ICI治疗的反应率低，高医疗费用限制其应用。研究发现免疫微环境(TME)等多种因素影响ICI的有效性。了解头颈部鳞状细胞癌(HNSCC)的TME，并找到有价值的生物标志物预测免疫治疗对HNSCC患者的个体化作用具有重要意义。中山大学肿瘤中心陈月等分析了免疫相关基因预后指数(IRGPI) 在HNSCC的免疫治疗中的预后能力（Clin Cancer Res /10.107）。
技术路线图：
研究结果：
在差异表达分析中(502例肿瘤vs 44例正常样本)，将得到3877个差异表达基因与从ImmPort和InnateDB中获得免疫相关基因进行比较分析，得到差异表达的免疫相关基因1131个，其中上调基因860个，下调基因271个。对候选基因进行WGCNA分析获得免疫相关基因(n = 1131)。度数为k的节点个数的对数值log(k), 与该节点出现的概率对数(log(p(k)))呈现负相关, 相关系数大于0.85。1131个基因被分配到7个模块中。根据Pierson相关系数，蓝色和蓝绿色模块与HNSCC肿瘤密切相关，阈值>20的前50个免疫相关中枢基因. K-M分析结果显示，22个免疫相关基因的表达与HNSCC患者OS密切相关，显著富集在糖尿病并发症中的AGE-RAGE信号通路、在癌症中的转录错误和长寿调节通路
2. 不同IRGPI组的生存结果
多因素COX回归分析22个免疫相关中枢基因中的独立预后基因。如图1A和1B，SFRP4、CPXM1和COL5A1这3个基因显著影响HNSCC患者的OS。单因素Cox回归分析显示年龄、IRGPI、HPV状态和分期与HNSCC的预后显著相关。多因素Cox回归分析证实，在校正了其他临床病理因素后，IRGPI是独立的预后因素(图1C)。高IRGPI患者的OS优于低IRGPI患者 (图1D)。然后，使用HNSCC数据集(n = 270)验证IRGPI的作用。如图1E所示，IRGPI高亚组患者预后明显优于IRGPI低亚组患者。
3. 不同IRGPI亚群的分子特征
GSEA分析显示，高IRGPI样本的基因集富集于DNA修复和免疫应答相关通路(图2A)，而低IRGPI样本的基因集在肿瘤和肿瘤转移相关通路中富集(图2B)。之后，文章分析了基因突变以进一步了解IRGPI亚群的免疫学特征。高IRGPI组的突变数明显高于IRGPI低亚组；并确定了IRGPI亚群中突变率最高的10个基因(图2C)。两组中TP53、TTN、CDKN2A、CSMD3、FRG1B、MUC16、NOTCH1、FAT1的突变率均高于15%。在高IRGPI亚群中SYNE1和NSD1基因的突变常见，而在-低IRGPI亚群中PIK3CA和LRP1B基因的突变更为常见。文章又探讨了IRGPI评分与PD-L1表达及TMB之间的关系。发现IRGPI评分与TMB略有相关，而IRGPI评分与PD-L1无显著相关关系。
4. 不同IRGPI亚群的免疫特性
为分析不同IRGPI亚群中免疫细胞的组成，文章采用Wilcoxon检验比较不同IRGPI亚群中免疫细胞的分布。我们发现CD8 T细胞，初始CD4 T细胞，激活记忆CD4 T细胞、休眠NK细胞和M1巨噬细胞在高IRGPI亚群中含量丰富，而IRGPI-低亚组以原始B细胞、休眠记忆CD4 T细胞和M2巨噬细胞为主(图3A)。图3B显示了与免疫表型相关的特征，包括不同IRGPI亚群的临床病理特征。文章应用特定的基因标记定义不同IRGPI亚群之间的免疫和分子功能。在高水平组中CD8 T细胞、MHC I类细胞、损伤修复细胞较多；而在低水平组中，免疫抑制细胞和信号以及肿瘤和转移相关信号较多。而且，上皮-间质转化、TGF-和WNT相关信号评分越高的患者预后越差，而P53突变越多、CD8 T细胞越多、M1巨噬细胞越多的患者预后越好；说明IRGPI的预后价值可能源于较好免疫控制和肿瘤生长侵袭性降低。
5. IRGPI组与其它分子亚型和免疫分型的关系
HNSCC包括三种免疫亚型:非免疫亚型、免疫衰竭亚型和免疫活性亚型。从图4A中我们可以发现，两组非免疫样本的比例几乎是均等的，但高IRGPI组的免疫活性样本多于低IRGPI组的免疫衰竭样本。图4B中可以看出，低IRGPI中IS1、IS5亚型较多，而高IRGPI中IS4亚型较多。在大规模的HNSCC基因组分析研究IRGPI组中四种不同的分子亚型，即非典型、基础、经典和间质的分布。低IRGPI组包括16%的非典型样本，22%的基础样本，19%的经典样本和43%的间质亚型样本，而高IRGPI组包括36%的非典型样本，37%的基础样本，15%的经典样本和13%的间质样本(图4C)。典型亚型在两组间几乎均匀分布，但高IRGPI组的非典典性和基底性标本多于低IRGPI组，间质标本较少。
6. ICI治疗不同IRGPI亚组的疗效
TIDE评估免疫治疗在不同IRGPI亚群中的潜在临床疗效。TIDE预测得分越高，表示免疫逃避可能性越高，提示患者从ICI治疗中获益的可能性越小。如图5高IRGPI组的TIDE评分低于低IRGPI组，提示高IRGPI患者比低IRGPI患者更能从ICI治疗中获益。低TIDE分数高的IRGPI组可能比高TIDE分数低的IRGPI组有更好的预后。同时，文章发现IRGPI-高亚组有较高的微卫星不稳定性(MSI)评分，而IRGPI-低亚组有较高的T细胞排斥评分，但在T细胞功能障碍方面两亚组无差异。此外，我们评估了抗PDL-1治疗的两组UC患者中IRGPI的预后价值(16,17)。从图5B和图5C可以看出，高IRGPI患者比低IRGPI患者的OS更好。
TIS组在12个月和18个月的随访中AUCs更好，IRGPI组在18个月和24个月的随访中AUCs更好。因此，我们认为在两个组中，IRGPI对OS的预测价值与18基因t细胞炎症标记(TIS)和TIDE相当。
