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 公號(hào)生信小課堂 2021-10-30
在這項(xiàng)研究中,作者探索了剪接體通路(SP)活性與癌癥基因組圖譜(TCGA)29種癌癥類型的臨床特征、抗腫瘤免疫特征、腫瘤免疫相關(guān)基因組和分子特征以及對(duì)免疫療法和靶向療法的反應(yīng)之間的關(guān)聯(lián)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)SP活性是一種致癌因素,其在癌癥和侵襲性癌癥亞型中過(guò)度活化,與多種癌癥不良預(yù)后和抗腫瘤免疫抑制相關(guān)。同時(shí),SP活性與多種癌癥中的腫瘤突變負(fù)荷(TMB)和非整倍體呈正相關(guān),表明其與基因組不穩(wěn)定性有關(guān)。此外,在免疫檢查點(diǎn)抑制劑(ICI)治療的4個(gè)癌癥隊(duì)列中,SP活性與免疫治療反應(yīng)呈負(fù)相關(guān),而SP活性升高與廣譜抗腫瘤靶向治療的藥物敏感性增加相關(guān)??傊?/span>SP活性是抗腫瘤免疫反應(yīng)、預(yù)后以及對(duì)泛癌免疫治療和靶向藥物反應(yīng)的陰性生物標(biāo)志物。

發(fā)表雜志ComputStruct Biotechnol J.

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研究背景

免疫療法在治療多種惡性腫瘤方面取得了巨大成功,尤其是針對(duì)PD-1及其配體PD-L1的免疫檢查點(diǎn)抑制劑(ICIs)。然而,只有一部分癌癥患者對(duì)ICI有反應(yīng)。盡管臨床實(shí)踐指南中確定了一些對(duì)ICI有反應(yīng)的對(duì)癌癥患者進(jìn)行分層的生物標(biāo)志物,例如高腫瘤突變負(fù)荷(TMB)、DNA錯(cuò)配修復(fù)缺陷(dMMR)、PD-L1表達(dá)和腫瘤免疫微環(huán)境(TIME),但這些生物標(biāo)志物用于泛癌免疫治療的有效性仍然存在爭(zhēng)議。因此,發(fā)現(xiàn)用于癌癥免疫治療反應(yīng)的新型有效生物標(biāo)志物仍然是迫切需要的。剪接體是調(diào)節(jié)RNA剪接的核糖核蛋白復(fù)合物,由5種小核核糖核蛋白(snRNPs)和幾種剪接體相關(guān)蛋白(SAPs)組成。許多腫瘤相關(guān)基因受選擇性剪接的調(diào)節(jié)。剪接過(guò)程中精確度的喪失或變化、特定剪接模式的轉(zhuǎn)換可能是致癌的重要因素。

流程圖

數(shù)據(jù)收集

①下載29TCGA癌癥類型的轉(zhuǎn)錄組(RNA-Seq、RSEM標(biāo)準(zhǔn)化)、體細(xì)胞突變、體細(xì)胞CNA、蛋白質(zhì)表達(dá)譜和臨床數(shù)據(jù)。

②癌癥藥物敏感性基因組學(xué)網(wǎng)站下載962種癌細(xì)胞系的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)及其對(duì)265種化合物的藥物敏感性(IC50)數(shù)據(jù)。

③從Depmap網(wǎng)站獲得662種癌細(xì)胞系的RNAi敏感性數(shù)據(jù)。

④從TCGA SpliceSeq網(wǎng)站獲得TCGA癌癥中的替代剪接事件。

⑤從CORUM protein Complexes的剪接體蛋白復(fù)合物,HGNC的主要剪接體蛋白和KEGG SP交集中獲得了75個(gè)關(guān)鍵的剪接體分子。

SP與癌癥預(yù)后之間的關(guān)聯(lián)

①分析SP評(píng)分與腫瘤進(jìn)展表型(包括腫瘤分期、分級(jí)和轉(zhuǎn)移)之間的關(guān)聯(lián)。

③多變量Cox回歸分析SP評(píng)分與免疫評(píng)分、干性評(píng)分、腫瘤純度、年齡、分期、分級(jí)和轉(zhuǎn)移狀態(tài)之間的關(guān)系。

結(jié)果:

下圖AKaplan-Meier曲線顯示在不同癌癥中,SP評(píng)分較高(>中值)的腫瘤比NS評(píng)分較低(<中值)的腫瘤生存狀態(tài)更差。

下圖B:在不同癌癥中,晚期(晚期、高級(jí)別或轉(zhuǎn)移性)腫瘤的SP評(píng)分顯著高于非晚期(早期、低級(jí)別或原發(fā)性)腫瘤。

下圖CSP評(píng)分與干性評(píng)分、MKI67表達(dá)水平、ITH評(píng)分、細(xì)胞周期和細(xì)胞凋亡途徑評(píng)分之間的關(guān)系。

SP與腫瘤免疫特征之間的關(guān)聯(lián)

①使用ESTIMATE算法根據(jù)基因表達(dá)譜計(jì)算每個(gè)腫瘤樣本的免疫評(píng)分、基質(zhì)評(píng)分和腫瘤純度。

②分析SP與免疫評(píng)分、基質(zhì)評(píng)分、腫瘤純度之間的關(guān)聯(lián)。

結(jié)果:

下圖A:不同癌癥中SP評(píng)分和免疫評(píng)分之間呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

下圖B:不同癌癥中SP評(píng)分與基質(zhì)評(píng)分之間呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

下圖C:不同癌癥中SP評(píng)分與腫瘤純度之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系。

SP與腫瘤基因組不穩(wěn)定性之間的關(guān)聯(lián)

①調(diào)查SP與基因組特征(TMB和非整倍體)之間的關(guān)聯(lián)。

②使用2個(gè)預(yù)測(cè)因子(TMBHRD評(píng)分)的邏輯回歸模型預(yù)測(cè)SP分?jǐn)?shù)。

③使用3個(gè)預(yù)測(cè)因子(SP評(píng)分、HRD評(píng)分和TMB)的邏輯回歸模型預(yù)測(cè)免疫特征評(píng)分。

結(jié)果:

下圖ASP評(píng)分與腫瘤突變負(fù)荷(TMB)和同源重組缺陷(HRD)評(píng)分之間的相關(guān)性。

下圖B:用TMBHRD評(píng)分預(yù)測(cè)SP評(píng)分(高>中位數(shù),低<中位數(shù))的邏輯回歸分析。

下圖C:用SP評(píng)分、TMBHRD評(píng)分預(yù)測(cè)免疫特征評(píng)分的邏輯回歸分析。

SP評(píng)分與癌癥亞型之間的關(guān)聯(lián)

①比較不同癌癥類型及癌癥亞型之間的SP評(píng)分。

②分析231個(gè)突變腫瘤樣本大小超過(guò)20個(gè)的基因突變與GBMSP評(píng)分之間的關(guān)系。

③比較29種癌癥類型中剪接體基因突變和剪接體基因野生型腫瘤的SP評(píng)分,比較16個(gè)剪接體基因中至少有1個(gè)突變的腫瘤與沒(méi)有突變的腫瘤之間的SP評(píng)分。

結(jié)果:

下圖A:在17種癌癥類型中,腫瘤的SP評(píng)分顯著高于正常樣本。

下圖B-GEGFR突變型與EGFR野生型(B)、BRAF突變型與BRAF野生型(C)、KRAS突變型與KRAS野生型(D)、乳腺癌(E)、剪接體基因突變型與剪接體基因野生型(F)的SP評(píng)分、剪接體基因突變亞型與剪接體基因野生亞型(G)之間的差異。

SP評(píng)分與癌癥分子特征之間的關(guān)聯(lián)

①分析SP評(píng)分與11種蛋白質(zhì)(Cyclin_B1、PCNA、MSH6、Chk2、MSH2、S6、TFRC、RBM15FoxM1、ASNSFASN)之間的關(guān)聯(lián)。

②在不同癌癥類型中鑒定KEGG通路在高SP評(píng)分和低SP評(píng)分腫瘤中的富集情況。

③分析SP評(píng)分與癌癥中7種主要DNA損傷修復(fù)途徑之間的關(guān)聯(lián)。

結(jié)果:

下圖A:在至少10種不同癌癥類型中,11種蛋白質(zhì)在較高SP評(píng)分(>中值)中的表達(dá)水平顯著高于低SP評(píng)分(<中值)腫瘤中的表達(dá)水平。

下圖BKEGG通路在高SP評(píng)分和低SP評(píng)分腫瘤中高度富集。

下圖CSP評(píng)分與29種癌癥類型中的7DNA損傷修復(fù)途徑評(píng)分之間的關(guān)系。

下圖D:在TP53突變的14種癌癥類型中,SP評(píng)分顯著高于TP53野生型腫瘤。

SP評(píng)分與癌癥免疫治療和靶向治療之間的關(guān)聯(lián)

①分析Snyder(黑色素瘤)、Nathanson(黑色素瘤)、Braun(腎細(xì)胞癌)和Snyder(尿路上皮癌)隊(duì)列中SP評(píng)分對(duì)ICI的反應(yīng)水平。

②分析上述隊(duì)列中16個(gè)剪接因子基因表達(dá)與SP評(píng)分對(duì)ICI反應(yīng)之間的關(guān)聯(lián)。

③從癌癥藥物敏感性基因組學(xué)(GDSC)中探索癌癥細(xì)胞系中SP評(píng)分和藥物敏感性(IC50)之間的關(guān)系。

結(jié)果:

下圖A:在免疫檢查點(diǎn)抑制劑(ICI)治療的4個(gè)隊(duì)列中,具有較低SP評(píng)分(<中位數(shù))的腫瘤對(duì)ICI的反應(yīng)率更高。

下圖B:在Snyder隊(duì)列中,SP評(píng)分較低的腫瘤比SP評(píng)分較高的腫瘤顯示出更好的OS,而在未接受ICI治療的TCGA黑色素瘤隊(duì)列中,SP評(píng)分較高和SP評(píng)分較低的腫瘤顯示OS沒(méi)有顯著差異。

下圖C:在接受ICI治療的3個(gè)隊(duì)列中,編碼剪接因子的基因表達(dá)水平較低(<中值)的腫瘤比表達(dá)水平較高(>中值)的腫瘤顯示出更高的反應(yīng)率。

下圖D:兩種化合物(STF-62247KIN001-260IC50值與GBM、THCA和結(jié)直腸癌細(xì)胞系的SP評(píng)分呈顯著負(fù)相關(guān)。

SP和癌細(xì)胞系中RNAi敏感性特征之間的關(guān)聯(lián)

①分析662個(gè)癌細(xì)胞系中19177個(gè)基因的RNAi敏感性值與SP評(píng)分之間的關(guān)聯(lián)。

結(jié)果:

下圖ARNAi敏感性值與癌細(xì)胞系中的SP評(píng)分呈現(xiàn)出很強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系。

下圖B:在癌細(xì)胞系中,其RNAi敏感性值與SP評(píng)分具有強(qiáng)相關(guān)性的基因顯著參與了RNA調(diào)控和DNA損傷修復(fù)途徑。

下圖CSP評(píng)分與癌細(xì)胞系中細(xì)胞周期呈顯著正相關(guān)關(guān)系。

剪接事件與癌癥中SP和免疫特征之間的關(guān)聯(lián)

①首先確定100個(gè)在不同癌癥類型中的PSI值與免疫評(píng)分相關(guān)性最強(qiáng)的剪接事件(PSI:剪接百分比,定義將外顯子剪接到基因的所有轉(zhuǎn)錄本中的效率)。

②分析不同剪接事件與癌癥中SP評(píng)分和免疫特征的之間的關(guān)聯(lián)。

結(jié)果:

下圖A31個(gè)剪接事件的PSI值與至少10種癌癥類型的免疫評(píng)分呈正相關(guān)。

下圖B38個(gè)剪接事件的PSI值與至少10種癌癥類型的免疫評(píng)分呈負(fù)相關(guān),并且在不同癌癥中,SP評(píng)分較高的腫瘤高于SP評(píng)分較低的腫瘤。

小結(jié):

在這項(xiàng)研究中,作者首先探討了SP29TCGA癌癥類型的生存預(yù)后、腫瘤進(jìn)展表型和腫瘤亞型之間的關(guān)聯(lián)。隨后,作者分析在這些癌癥類型中SP與抗腫瘤免疫特征、腫瘤免疫相關(guān)基因組和分子特征之間的關(guān)聯(lián)。此外,作者還探索了SP與靶向治療和免疫治療反應(yīng)之間的關(guān)聯(lián)。最后揭示了與癌癥中的SP和免疫特征顯著相關(guān)的剪接事件。結(jié)果表明SP在各種癌癥中過(guò)度活化,SP活性升高預(yù)示預(yù)后不良、抗腫瘤免疫反應(yīng)和免疫治療反應(yīng)降低、對(duì)靶向治療的反應(yīng)增加等。本研究證實(shí)SP活性是各種癌癥中不良預(yù)后、抗腫瘤免疫和免疫治療反應(yīng)的陰性生物標(biāo)志物,剪接體靶向治療可能會(huì)促進(jìn)免疫治療反應(yīng)。

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