今天給同學(xué)們分享一篇關(guān)于DNA修復(fù)相關(guān)基因的影響胃癌預(yù)后的生信文章“ A Novel DNA Repair Gene Signature for Immune Checkpoint Inhibitor-Based Therapy in Gastric Cancer ”，這篇文章于2022年5月發(fā)表在 Front. Cell Dev. Biol 雜志上，影響因子=6.684。在這項(xiàng)研究中，作者開(kāi)發(fā)了一種新的15-DNA修復(fù)基因特征(DRGS)及其相關(guān)評(píng)分系統(tǒng)，并評(píng)估了DRGS在鑒別使用公開(kāi)可用的數(shù)據(jù)集，研究胃腺癌患者的不同分子和免疫特征以及治療結(jié)果。結(jié)果表明，與DRGS低分患者相比，DRGS高分患者的ICB治療效果明顯更好。

1. 15-DNA修復(fù)基因特征的鑒定及評(píng)分系統(tǒng)的構(gòu)建

如上所述，從人類(lèi)DNA修復(fù)基因網(wǎng)站獲得了219個(gè)DNA修復(fù)基因。接下來(lái)，作者使用R中的DEseq2包處理來(lái)自TCGA-STAD的原始數(shù)據(jù)，并使用在線(xiàn)平臺(tái)GEO2R查找腫瘤（n=375）和正常（n=32）組織之間差異表達(dá)的基因。最后，作者在219個(gè)DNA修復(fù)基因中鑒定了15個(gè)常見(jiàn)基因，它們?cè)赥CGA-STAD和GSE30727（腫瘤n=30，正常n=30）中均有差異表達(dá)（圖 1A）。然后作者使用PCA生信分析作為降維方法來(lái)獲得15個(gè)基因的第一維相關(guān)系數(shù)（圖 1B）?；谶@些系數(shù)，作者創(chuàng)建了一個(gè)15-DNA修復(fù)基因特征(DRGS)評(píng)分系統(tǒng)。然后使用DRGS評(píng)分將患者分為高分組和低分組。

圖1 DNA修復(fù)基因和DRGS評(píng)分系統(tǒng)的構(gòu)建

2. 不同15-DNA修復(fù)基因特征評(píng)分組的免疫特征

作者通過(guò)ImmuCellAI確定了375個(gè)TCGA-STAD樣本的免疫特征，以估計(jì)每個(gè)胃癌樣本中 24 種免疫細(xì)胞的特定分?jǐn)?shù)。為了分析不同評(píng)分亞組中免疫細(xì)胞的組成（高分組=187，低分組=188），作者使用Mann Whitney U檢驗(yàn)比較了兩個(gè)評(píng)分組中免疫細(xì)胞類(lèi)型的分布。結(jié)果顯示，兩組之間14個(gè)免疫細(xì)胞的浸潤(rùn)率存在顯著差異。作者發(fā)現(xiàn)DRGS高分組中γδ T細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和Th1細(xì)胞等抗腫瘤細(xì)胞更豐富，而免疫抑制或腫瘤增強(qiáng)細(xì)胞如B細(xì)胞、CD4 T細(xì)胞、單核細(xì)胞、Th17細(xì)胞、Tfh細(xì)胞和Tr1細(xì)胞在DRGS低分組中更豐富（圖 2 、圖 3A）。在作者的研究中，DRGS低分組樣本的浸潤(rùn)評(píng)分顯著高于高分組（圖 3B）。此外，作者使用ImmuCellAI預(yù)測(cè)ICB治療的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)DRGS高分組中有53.5%的患者和DRGS低分組中有更少的患者，以響應(yīng)ICB治療（圖 3C）。

圖2 DRGS高和低分亞組中的免疫細(xì)胞類(lèi)型浸潤(rùn)

圖3 DRGS評(píng)分亞組的免疫特征

3. 15-DNA修復(fù)基因特征評(píng)分組與其他組織學(xué)和分子分類(lèi)之間的關(guān)系

為了檢查作者的評(píng)分分組與其他組織學(xué)和分子分類(lèi)之間的關(guān)系，作者對(duì)TCGA-STAD數(shù)據(jù)庫(kù)的372例胃癌患者樣本的臨床數(shù)據(jù)進(jìn)行生信分析。根據(jù)Lauren分類(lèi)，胃癌可分為3種亞型，即腸型、彌漫型和混合型。在作者的生信分析中，DRGS高分組的特點(diǎn)是腸道亞型樣本比例非常高（86.1%），而彌漫性和混合亞型樣本分別僅為7.8%和6.1%。另一方面，DRGS低分組（n = 115）由51.3%的腸道樣本、40.0%的彌漫性樣本和8.7%的混合樣本組成。從統(tǒng)計(jì)學(xué)上看，與低分組相比，DRGS高分組的腸癌樣本和彌漫型胃癌樣本顯著減少（圖 4A）。

圖4 分分組與其他組織學(xué)和分子分類(lèi)之間的關(guān)系

TCGA 提出了胃腺癌的 4 種亞型：EBV 陽(yáng)性、MSI、基因組穩(wěn)定(GS)、染色體不穩(wěn)定性(CIN)。在作者的研究中，DRGS高分組的EBV陽(yáng)性(11.2%)和MSI(27.8%)亞型樣本的百分比更高。相比之下，DRGS低分組的GS(23.1%)和CIN(63.9%)亞型樣本百分比較高(圖 4B)。根據(jù)微衛(wèi)星標(biāo)志物的突變頻率，胃癌可分為MSS、MSI-H和MSI-L。在作者的研究中，DRGS高分組MSI-H亞型患者的百分比高于低分組。相比之下，DRGS低分組的MSS亞型患者多于高分組（圖 4C）。

4. 15-DNA修復(fù)基因特征評(píng)分的預(yù)后能力

為了研究DRGS評(píng)分的預(yù)后影響是否獨(dú)立于可能與患者預(yù)后相關(guān)的臨床因素，作者首先對(duì)TCGA-STAD數(shù)據(jù)集中所有可用的臨床參數(shù)（n = 372）進(jìn)行了單變量Cox回歸生信分析。選擇表現(xiàn)出顯著預(yù)后影響的臨床參數(shù)與DRGS一起進(jìn)行多變量Cox回歸生信分析。結(jié)果表明，DRGS是一個(gè)獨(dú)立的預(yù)后因素。以中位分?jǐn)?shù)作為截止值，DRGS 高分患者的OS比DRGS低分患者有更好的OS（圖 5A）。然后，使用GSE26901、GSE15459和GSE26899胃癌數(shù)據(jù)集驗(yàn)證評(píng)分系統(tǒng)的預(yù)后價(jià)值。如圖5所示，DRGS高分組GSE26901患者的預(yù)后明顯優(yōu)于低分組患者（圖 5B），與TCGA數(shù)據(jù)集的結(jié)果一致.然而，兩個(gè)DRGS組之間的 GSE15459（圖 5C）或 GSE26899（圖 5D）沒(méi)有顯著的OS差異。

圖5 DRGS評(píng)分系統(tǒng)的預(yù)后能力

5.不同15-DNA修復(fù)基因特征評(píng)分組的分子特征

為了確定TMB和DRGS評(píng)分之間的關(guān)系，作者對(duì)TCGA-STAD 的 365 個(gè)胃腺癌樣本的體細(xì)胞突變數(shù)據(jù)進(jìn)行生信分析。生信分析表明，DRGS評(píng)分與TMB呈正相關(guān)（圖 6A）。DRGS高分組的樣本TMB顯著高于DRGS低分組(圖 6B)。所有突變事件都分為不同的類(lèi)別，其中錯(cuò)義突變?cè)谧儺惙诸?lèi)中占最大比例，單核苷酸多態(tài)性（SNP）比插入或缺失更頻繁地發(fā)生，并且C >T是所有TCGA-STAD樣本中最普遍的單核苷酸變體(SNV)。值得注意的是，DRGS高分組的每個(gè)樣本的變異中位數(shù)高于DRGS低分組。PD-L1表達(dá)是PD-L1阻斷易感性的另一個(gè)重要生物標(biāo)志物。作者發(fā)現(xiàn)DRGS高分組中的PD-L1表達(dá)顯著高于DRGS低分組（圖 6D）。DRGS評(píng)分與PD-L1表達(dá)呈正相關(guān)（圖 6C）。

圖6 兩個(gè)DRGS評(píng)分組的分子特征

5. 在不同的 15-DNA 修復(fù)基因特征評(píng)分組中使用程序性細(xì)胞死亡配體 1 阻斷劑進(jìn)行免疫治療的好處

鑒于作者的評(píng)分系統(tǒng)與腫瘤免疫微環(huán)境之間的關(guān)聯(lián)，如上所述，作者測(cè)試了DRGS評(píng)分系統(tǒng)預(yù)測(cè)患者對(duì)免疫治療反應(yīng)的能力。該分析基于 IMvigor210CoreBiology 隊(duì)列，這是一項(xiàng)大型 2 期試驗(yàn)，研究用atezolizumab阻斷PD-L1在轉(zhuǎn)移性尿路上皮癌（mUC）中的臨床活性。作者發(fā)現(xiàn) DRGS 高分患者表現(xiàn)出顯著延長(zhǎng)的總生存期（圖 7A）。此外，該隊(duì)列中的298名患者對(duì)抗PD-L1阻滯劑表現(xiàn)出不同程度的反應(yīng)。在DRGS高分和低分組之間進(jìn)行的卡方檢驗(yàn)也顯示DRGS高分患者的治療結(jié)果明顯優(yōu)于低分患者（圖 7B）。作者還在兩名DRGS組患者中分析了 IMvigor210CoreBiology的三種免疫亞型（免疫炎癥、免疫排斥和免疫沙漠）。 與低分患者相比，DRGS高分患者的“免疫炎癥”腫瘤百分比顯著較高，而“免疫沙漠”和“免疫排除”腫瘤的百分比較低（圖 7C)。

圖7 使用PD-L1阻滯劑進(jìn)行免疫治療的益處

6. 15-DNA修復(fù)基因特征評(píng)分及其潛在的化療價(jià)值

為了探索DRGS評(píng)分系統(tǒng)對(duì)化療藥物反應(yīng)的影響，作者在GDSC數(shù)據(jù)庫(kù)中評(píng)估了 DRGS評(píng)分與胃癌細(xì)胞系(n = 23)藥物反應(yīng)之間的關(guān)聯(lián)。作者在DRGS評(píng)分和藥物敏感性之間確定了5個(gè)顯著相關(guān)的對(duì)，所有這些對(duì)都顯示出與DRGS評(píng)分相關(guān)的耐藥性，包括胰島素樣生長(zhǎng)因子受體IGF1R_3801 、AKT抑制劑ipatasertib、存活抑制劑司潘溴銨、ULK1蛋白激酶ULK1_4989和AKT抑制劑uprosertib (圖 8A)。此外，作者發(fā)現(xiàn)這些藥物主要針對(duì)PI3K/MTOR、IGF1R和細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)信號(hào)通路（圖 8B）。

圖8 DRGS評(píng)分在化療中的潛在治療價(jià)值

7.k15-DNA 修復(fù)基因特征中基因表達(dá)的免疫組織化學(xué)驗(yàn)證及其與程序性細(xì)胞死亡配體1表達(dá)的關(guān)系

通過(guò)IHC生信分析，作者發(fā)現(xiàn)在胃腫瘤組織中，除PARPBP、EME1和RAD54L外，DRGS 中大多數(shù)基因的蛋白表達(dá)均顯著增加（圖 9A）。在HPA數(shù)據(jù)中，與正常組織相比，除FANCA、UBE2T、POLQ、EXO1和XRCC2外，DRGS的表達(dá)顯著上調(diào)（圖9B）。作者還分析了DRGS和PD-L1蛋白表達(dá)之間的關(guān)系。如圖10A、B所示，基于IHC生信分析（n = 10），除 PARPBP、EME1和RAD54L外，DRGS中基因的蛋白質(zhì)表達(dá)與 PD-L1 表達(dá)呈正相關(guān)（圖 10A、B)。在HPA數(shù)據(jù)中，PRKDC、FANCI、LIG1、RECQL4、FANCA、PARPBP、RAD54L和FANCD2的蛋白水平與PD-L1的蛋白水平呈正相關(guān)（圖 10C）。因此，上述結(jié)果驗(yàn)證了生信分析的結(jié)果。

圖9 胃癌組織和正常組織中DRGS中基因的蛋白質(zhì)水平

圖10 PD-L1和DRGS之間蛋白質(zhì)表達(dá)的相關(guān)性。