今天給同學(xué)們分享一篇家族基因+泛癌+空間轉(zhuǎn)錄組的生信文章“A pan‐cancer blueprint of genomics alterations and transcriptional regulation of Siglecs, and implications in prognosis and immunotherapy responsiveness”，這篇文章于2023年5月23日發(fā)表在Clin Transl Med期刊上，影響因子為10.6。

唾液酸結(jié)合免疫球蛋白樣凝集素（Siglecs）在腫瘤細(xì)胞上異常表達(dá)，已成為腫瘤微環(huán)境（TME）發(fā)展的重要調(diào)控分子。但到目前為止，關(guān)于不同癌癥類型中Siglec基因的基因組改變、表達(dá)模式和臨床意義的系統(tǒng)研究有限。

首先，作者對(duì)代表32種主要類型的10967例人類癌癥樣本中涉及14個(gè)Siglec基因的分子改變進(jìn)行了檢測(cè)。此外，作者將表達(dá)特征疊加在單細(xì)胞RNA測(cè)序（scRNA-seq）數(shù)據(jù)集上，增強(qiáng)了多種癌癥中表達(dá)驅(qū)動(dòng)亞型的空間注釋。此外，相關(guān)分析顯示，特異性Siglec基因的表達(dá)值與患者生存率相關(guān)，并可賦予癌癥免疫治療的反應(yīng)性。

如圖1A所示，Siglecs家族的四個(gè)基因成員，包括CD169、CD22、MAG和Siglec-15，具有高度同源性。在之前的研究中分析的所有哺乳動(dòng)物中，它們也被證明是直系同源物。其余11個(gè)Siglec基因被稱為CD33相關(guān)Siglec，被認(rèn)為是由CD33的復(fù)制進(jìn)化而來(lái)。Siglecs作為免疫檢查點(diǎn)靶點(diǎn)，正在吸引人們的興趣，以創(chuàng)造使用它們來(lái)增強(qiáng)抗癌免疫反應(yīng)的療法；因此，作者在這里關(guān)注癌癥基因組圖譜（TCGA）中32種腫瘤類型（作為“泛癌癥隊(duì)列”）Siglec基因的基因組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的分子景觀，以進(jìn)行進(jìn)一步分析。為了在泛癌癥水平上識(shí)別Siglecs基因的基因組畸變，使用cBioPortal進(jìn)行突變和拷貝數(shù)變異（CNV）分析。

如圖1B所示，分布圖顯示，Siglec基因的改變頻率和CNV相對(duì)較低，7種癌癥類型包含20%以上的基因組改變，15種癌癥類型包含至少一種Siglec基因組中10%以上的基因組變化。具體而言，對(duì)于體細(xì)胞突變譜，五種癌癥類型中超過(guò)20%的樣本中存在Siglec基因的體細(xì)胞基因改變（圖2A）。皮膚黑色素瘤（SKCM，47%）、肺鱗狀細(xì)胞癌（LUSC，27%）、子宮體子宮內(nèi)膜癌（UCEC，24%）、肺腺癌（LUAD，23%）和胃腺癌（STAD，21%）的體細(xì)胞突變百分比最高，而甲狀腺癌（0.6%）和葡萄膜黑素瘤（UVM，1.3%）最低。此外，所有Siglec基因的體細(xì)胞突變類型和突變位點(diǎn)差異很大，沒有觀察到熱點(diǎn)突變位點(diǎn)（圖2B）。

此外，腫瘤學(xué)圖譜（圖2C）顯示，腫瘤在一個(gè)類別中很少有一個(gè)以上的突變基因。SIGLEC1（6%）、CD22（4%）和SIGLEC10（4%）是最常改變的基因，而SIGLEC15和SIGLEC16的突變頻率＜0.5%。盡管拷貝數(shù)變異的頻率和類型差異很大，但值得注意的是，Siglec基因具有廣泛的復(fù)發(fā)性染色體擴(kuò)增（圖2D）。在所有癌癥類型中，子宮癌癥和卵巢癌癥（OV）的擴(kuò)增頻率最高（>10%），這可能是由于基因組不穩(wěn)定所致。食管癌（ESCA）的缺失頻率最高，以SIGLEC15缺失為標(biāo)志（圖2E）。CD22和MAG是多種癌癥類型中最顯著的兩個(gè)拷貝數(shù)擴(kuò)增基因，而SIGLEC15幾乎是唯一的一個(gè)頻繁缺失基因（圖2E）。

圖1 Siglecs家族及其在癌癥中的基因組改變

圖2 不同癌癥類型Siglecs的基因組改變

為了探索Siglec基因在泛癌癥水平上的基因表達(dá)變異，作者下載并分析了所有Siglec基因組的RNA‐seq平臺(tái)得出的mRNA表達(dá)值。與正常組織相比，不同癌癥類型的腫瘤樣本中Siglec家族的相對(duì)表達(dá)水平不同，值得注意的是，與原發(fā)腫瘤相比，轉(zhuǎn)移樣本中所有Siglec基因的表達(dá)都更高?；诨虮磉_(dá)譜的無(wú)監(jiān)督分層聚類分析確定了特定模式（圖3A）。具體來(lái)說(shuō)，這14個(gè)基因產(chǎn)生了以癌癥類型為主的不同亞型。MAG基因具有獨(dú)特的表達(dá)價(jià)值，在多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM）、SKCM和OV中選擇性高表達(dá)。在所有癌癥類型中，SIGLEC11、SIGLEC16、SIGLEC 5、SIGLEC6、SIGLECM 15、CD33和SIGLEC7基因的表達(dá)值普遍較低，而CD33和SIGLEC7在GBM和肉瘤（SARC）中選擇性高表達(dá)，而SIGLEC15在SARC、UCEC和膀胱尿路上皮癌（BLCA）中選擇性地高表達(dá)。與所有其他Siglec基因相比，SIGLEC9、SIGLEC14和SIGLEC8在泛癌癥水平上具有普遍的高表達(dá)值，但MAG僅在GBM中選擇性高表達(dá)。SIGLEC1和CD22在SKCM和OV上均高表達(dá)，而CD22在嚴(yán)重急性呼吸系統(tǒng)綜合征和GBM中具有較高的表達(dá)值。接下來(lái)，作者在泛癌癥普查中調(diào)查了所有Siglec基因的共表達(dá)值，當(dāng)作者按癌癥類型對(duì)共表達(dá)模式進(jìn)行分組時(shí)，共出現(xiàn)了五個(gè)亞型（包括C1、C2、C3、C4和C5）（圖3B）。

亞型C1富含STAD、SKCM和BLCA，而亞型C2富含UCEC、OV和SARC。C3亞型富含胃腸道腫瘤（包括胰腺癌[PAAD]、ESCA、結(jié)腸腺癌[COAD]和直腸腺癌[READ]）、宮頸鱗狀細(xì)胞癌和宮頸腺癌，其特征是Siglec基因之間有更多的共表達(dá)對(duì)，相關(guān)系數(shù)較低。GBM是亞型C4中唯一具有Siglec基因獨(dú)特共表達(dá)模式的癌癥類型，這與上述基因表達(dá)模式一致。包括LUAD和LUSC在內(nèi)的兩種癌癥亞型構(gòu)成亞型C5，亞型C5具有非常相似的Siglecs基因共表達(dá)模式。為了研究基因組改變和轉(zhuǎn)錄組變化之間的聯(lián)系，作者分別比較了Siglec基因在各種基因突變和CNVs患者中的表達(dá)水平。當(dāng)錯(cuò)義突變發(fā)生時(shí)，幾個(gè)Siglec基因的表達(dá)發(fā)生了變化，包括CD33、SIGLEC8和SIGLEC6，而更多的轉(zhuǎn)錄組變化與CNV有關(guān)。

圖3 Siglec基因在泛癌癥水平上的表達(dá)模式

為了闡明Siglec基因在不同細(xì)胞類型中的mRNA表達(dá)，并進(jìn)一步探索Siglec在泛癌癥水平上的空間分布特征，作者獲得了BRCA、COAD/READ和GBM的單細(xì)胞RNA測(cè)序數(shù)據(jù)和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)以供分析?？臻g轉(zhuǎn)錄組學(xué)中的斑點(diǎn)根據(jù)斑點(diǎn)中富集的細(xì)胞類型進(jìn)行聚類和命名。在BRCA中，SIGLEC1、CD33和SIGLEC7在巨噬細(xì)胞富集區(qū)高表達(dá)，而CD22、SIGLEC5和SIGLEC6在T細(xì)胞富集區(qū)高度表達(dá)，SIGLEC10在這兩個(gè)區(qū)域都高表達(dá)（圖3C）。

在COAD/READ中，所有檢測(cè)到的Siglecs在巨噬細(xì)胞富集區(qū)均顯示出較高的表達(dá)（圖3C）。在GBM中，小膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞富集區(qū)SIGLEC1、SIGLEC8和SIGLEC11高表達(dá)，而巨噬細(xì)胞富集區(qū)CD22、CD33和SIGLEC7高表達(dá)（圖3C）。為了驗(yàn)證這些發(fā)現(xiàn)，作者使用去卷積算法xCell，來(lái)估計(jì)TCGA中BRCA、COAD/READ和GBM樣本的細(xì)胞比例，并分析每個(gè)細(xì)胞組與Siglec基因之間的相關(guān)性。結(jié)果表明，Siglec基因的表達(dá)水平與巨噬細(xì)胞，尤其是M1巨噬細(xì)胞的比例高度相關(guān)。這些結(jié)果表明，Siglec基因廣泛存在于各種癌癥類型的TME巨噬細(xì)胞中，并且在GBM的小膠質(zhì)細(xì)胞中有較高的表達(dá)，這表明Siglec可能通過(guò)調(diào)節(jié)腫瘤免疫和腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的極化來(lái)影響腫瘤的進(jìn)展和參與TME的重建。然而，Siglec基因并沒有驅(qū)動(dòng)免疫細(xì)胞和其他細(xì)胞之間的相互作用。

接下來(lái)，作者使用基于5年總生存時(shí)間的大型患者隊(duì)列來(lái)確定泛癌癥研究中的生存相關(guān)性。許多Siglec基因成員與臨床結(jié)果顯著相關(guān)（圖4A）。具體而言，基因表達(dá)與患者預(yù)后較差顯著相關(guān)，與癌癥類型無(wú)關(guān)，包括SIGLEC5、MAG和SIGLEC15。但是，對(duì)于某些特定的癌癥類型（LUAD和SKCM），CD33、SIGLEC8和SIGLEC11可以作為患者生存的良好預(yù)后標(biāo)志物。接下來(lái)，作者使用一個(gè)名為腫瘤免疫功能障礙和排斥（TIDE）的生物信息學(xué)平臺(tái)來(lái)查詢14個(gè)Siglec基因，以搜索與免疫檢查點(diǎn)阻斷（ICB）協(xié)同作用的潛在治療靶點(diǎn)。許多Siglec基因通過(guò)TIDE的基因優(yōu)先級(jí)模塊進(jìn)行排序，以使TME對(duì)ICB具有抗性（圖4B）。這些結(jié)果優(yōu)先考慮了許多具有開發(fā)新免疫療法靶點(diǎn)潛力的Siglec。鑒于Siglecs基因表達(dá)與TME之間的聯(lián)系，作者基于許多已發(fā)表的ICB治療患者隊(duì)列，進(jìn)一步研究了Siglecs表達(dá)是否與免疫治療反應(yīng)性相關(guān)。如圖4C所示，CD33、SIGLEC11和SIGLEC16的表達(dá)水平在對(duì)抗PD1（Pembrolizumab或Nivolumab）和抗CTLA4（Ipilimumab）單克隆抗體的聯(lián)合治療有反應(yīng)的黑色素瘤患者中增加。在Pembrolizumab或Nivolumab反應(yīng)性黑色素瘤患者中，SIGLEC1、CD22、SIGLEC10和SIGLEC16也較高。此外，SIGLEC16與胃腫瘤隊(duì)列中對(duì)Pembrolizumab的反應(yīng)有關(guān)。這些結(jié)果表明，一些Siglec基因（如SIGLEC16）表達(dá)較高的未接受治療的患者往往對(duì)ICB更敏感。

圖4 Siglecs表達(dá)對(duì)總生存率和抗癌癥免疫反應(yīng)的影響

總結(jié)

總之，在先前的許多研究中，Siglecs信號(hào)傳導(dǎo)在抗腫瘤免疫中表現(xiàn)出重要作用。探索它們?cè)诨蚪M和轉(zhuǎn)錄組水平上的變化是至關(guān)重要的。除了已知的突變和拷貝數(shù)變化外，作者的研究結(jié)果還分析了每個(gè)Siglec基因在組織和單細(xì)胞水平上失調(diào)的轉(zhuǎn)錄水平，這些轉(zhuǎn)錄水平具有不同的激活模式，并且相當(dāng)一部分癌癥顯示出高活性，而沒有相關(guān)的典型基因組改變，這表明Siglecs家族具有不同的活化身份。作者相信，此研究為開發(fā)旨在增強(qiáng)免疫療法的Siglecs藥物抑制劑提供了強(qiáng)有力的理由。