文献解读:TMB分组预后分析

昨天给大家文献解读的是TMB预后加强版：肿瘤免疫浸润+TMB，今天给大家分享的是升级版哦：DNA损伤修复+TMB+免疫浸润！这篇文章是一月份发表在Cancer Medicine(IF:3.57)杂志上的，作者根据TCGA中的卵巢癌数据，分析了免疫相关基因和DDR (DNA损伤修复) 突变之间的关联。DNA损伤可能会造成细胞的衰老、凋亡和癌变，目前已知的修复机制主要有这几种类型：碱基切除修复、核苷酸切除修复、错配切除修复和双链断裂修复。已有研究表明，DDR的变异可能会导致较高的肿瘤突变负荷(TMB)，这可以作为ICIs(免疫检查点抑制剂)治疗的预测生物标志。话不多说，让我们来看一下正文吧。

 

Association between DNA damage repair gene somatic mutations and immune-related gene expression in ovarian cancer

卵巢癌中DNA损伤修复基因的体细胞突变与免疫相关基因表达的关系

 

数据和方法

患者信息

作者首先通过cBioPortal获取了TCGA中587名卵巢癌患者(OvCa)的全外显子测序、mRNA表达和临床数据，保留了579个具有DNA突变数据的样本；然后检索了表1中21个DDR基因的拷贝数变异( CNV )和单核苷酸变异( SNV )数据，并将通路中蛋白编码区域的非同义体细胞突变或者发生至少一个基因的纯合缺失定义为相应DDR通路的变异。此外，对来源于复旦大学癌症中心和珠江医院的220名卵巢癌患者，作者进行了二代测序(包含381个癌症相关基因)。

 表1. DDR通路基因列表

 

对特定mRNA表达谱的分析

文中将表2里的47个免疫基因定义为免疫基因特征，并筛选获得了其中40个基因在TCGA群体中的mRNA表达数据；然后，作者利用基因集富集分析(通过javaGSEA软件)评估了免疫相关基因特征和DDR状态之间的关联(用到了DNA突变数据)，FDR<0.05为显著。

表2. 免疫基因列表

 

DDR基因突变与其他类型数据的关系

首先，文章评估了DDR状态与基因组变异之间的关系，DNA体细胞突变数据下载自TCGA(去除了种系变异)，TMB定义为编码区非同义体细胞突变的总数，中国群体数据用来验证TMB与DDR状态间的关联；作者从一项已发表的研究中下载了每个肿瘤样本的新抗原数据，以确定DDR状态与新抗原之间的关系；并探讨了DDR状态与基因组不稳定性之间的关系，NtAI、LST、HRD-LOH、wGII和多倍体数据收集自已发表的五篇文章。

接下来，作者使用CIBERSORT算法计算了TCGA群体中22种免疫细胞的丰度，此外，还分析了DDR状态与免疫细胞Th1、Th2和Th17的关联，数据同样来自已发表的研究。

然后，对175个有PD-L1蛋白表达数据的中国卵巢癌患者，分析了DDR状态与PD-L1蛋白表达水平之间的相关性。PD-L1蛋白在肿瘤细胞的表达水平用免疫组织化学法(IHC, Ventana, SP263)评估，若在肿瘤细胞或肿瘤间质中检测到>1%的PD-L1表达便定义为阳性。此外，研究还分析了DDR状态与预后的关联，临床数据下载于TCGA。

 

统计分析

数据分析所用到的软件有GraphPad Prism、SPSS和R。Mann–Whitney U检验被用来测定两组间的差异，采用Kaplan-Meier方法评估PFS(无进展生存期)和OS(总生存期)，并用对数秩检验评估PFS或OS的差异。风险比(HR)和相关的95%置信区间通过Cox回归分析确定。所有用到的P值都是双侧的，统计显著性定义为P < .05。

 

结果

OvCa的DDR体细胞突变图谱

在TCGA群体中，有19.3%的卵巢癌患者检测到至少有一个DDR基因体细胞突变，突变频率最高的基因是BRCA1、FANCA 、BRCA2、RAD51和ATM(图1.A)；在中国群体中，有25.9%的患者有至少一个突变，突变频率最高的基因分别为BRCA1、BRCA2、ATM、FANCA和ATR(图1.B)。 

图1. 21个DDR基因的突变频率

 

免疫相关基因表达模式与DDR体细胞突变有关

在40个免疫相关基因中，DDR突变组的PTPRCAP, CCL5, IFI16, LAG3, IL15RA和GBP1表达水平显著高于DDR野生组(图2.A)，而VEGFA的表达则相反；通过平均化每个肿瘤样本的z-score表达水平，同DDR野生型相比，DDR突变组的CTLA-4、IFNG、TNF、FAS和VTCN1 表达水平较低，而IL6、IL1B和IL12A的表达水平较高(图2.B)。

在五种DDR通路中，FA和HRR通路突变都具有较低的CTLA-4和TBX21表达水平，以及较高的IL6、IFI16和IL12A表达水平；Checkpoint、MMR和BER通路突变则都具有较低的PDCDILG2、IL6和CD27的表达水平。而且，BRCA1突变样本的TNF、L18和PDCDILG2表达水平较低，而BRCA2突变与TNF、IL18和PDCD1LG2的高表达有关。

GSEA分析结果表明，DDR突变组中显著富集了在IL6-JAK-STAT3与炎症反应通路中表达上调的基因(图2.C-D)。但是，在DDR突变组并未发现免疫学特征的显著富集。

图2. 不同DDR缺陷状态的OvCa患者的免疫基因表达图谱

 

DDR体细胞突变与TMB增加

在TCG群体中，与DDR野生型OvCa相比，发生DDR基因体细胞突变(尤其是FA、MMR、HR和检查点突变)的OvCa患者的TMB水平显著提高，即便是只有单个DDR基因发生突变的，也表现出了TMB的升高(图3.A)；在中国群体中，也得到了相似的结果，但只有FA和检查点通路表现出了TMB的显著增加。

 图3. DDR基因突变与TMB的关系

 

而且，如图4所示，具有DDR基因突变的患者，他们的基因组不稳定性水平也较高(以同义和非同义外显子突变数目、LST为代表)。此外，研究还发现DDR体细胞突变患者的肿瘤特异性抗原的水平也有所升高，特别是基因FANCC、PSM2、PALB2和RAD51发生突变的样本。

 图4. DDR缺陷与基因组不稳定性

 

DDR突变与免疫细胞浸润、PD-L1表达的关联

除了在DDR突变样本中观察到TMB和新抗原水平升高外，作者还发现了免疫细胞丰度的升高，但CIBERSORT的分析结果并没有展现出二者的关联。此外，DDR体细胞突变患者表现出了较高丰度的Th1免疫细胞，而Th2和Th17却未发现这样的结果(图5)。

此外，对175个具有PD-L1表达数据的样本的分析结果，未发现DDR状态与PD-L1表达间的相关关系。

 图5. OvCa中的免疫浸润亚型

 

DDR突变或较高的TMB水平预示良好预后

通过生存分析，作者发现在TCGA群体中，任何一个DDR基因体细胞突变的发生都与较好的OS和DFS显著相关(图6.A-B)，尤其是发生FA通路突变的患者，表现出了更好的OS和DFS；而且，TMB水平较高的患者也具有更长的OS。

 图6. DDR缺陷或TMB水平与预后的关系

 

总的来说，这篇文章揭示了发生DDR体细胞突变的OvCa患者的免疫图谱，表现为PTPRCAP、CCL5、IFI16、LAG3、IL15RA和GBP1的高水平表达，以及Th1细胞丰度、TMB和新抗原的增加。但是也有几点不足，比如没有区分DDR基因的单/双等位失活、未考虑化疗后免疫相关基因表达的改变等。不过，小编觉得文章中有几张图大家还是可以借鉴一下的！

一句话共勉: Whatever you go, go with all your heart.