文献解读:单基因与胶质瘤免疫治疗预后

今天给大家分享一篇简单易学的!它发表在Onco Targets Ther(IF=3.046)上的文章IFI30 Is a Novel Immune-Related Target with Predicting Value of Prognosis and Treatment Response in Glioblastoma,作者根据IFN-γ刺激基因,筛选出IFI30并证明其可作为胶质母细胞瘤治疗的新靶点。

IFI30 Is a Novel Immune-Related Target with Predicting Value of Prognosis and Treatment Response in Glioblastoma
IFI30可预测胶质母细胞瘤的预后和治疗应答,是一种新的免疫相关靶点

一. 研究背景

胶质母细胞瘤的肿瘤微环境复杂,其中免疫细胞是肿瘤恶性程度的调节因子,而干扰素(IFN)是公认的调节免疫应答的重要家族,且IFN-α/β已广泛应用于恶性胶质瘤的治疗,而IFN-γ在GBM中可能起着不同的作用,作者基于此展开研究。

二. 分析流程

三. 结果解读

1. ISGs在胶质瘤中表达失调

作者首先挑选了20个经典的IFN-γ刺激基因(ISG),探讨其在胶质瘤中的预后价值。

 

图1. (A,B)胶质瘤ISGs差异表达
 

A图:(数据来源:CGGA) 由RNA测序绘制出的ISGs表达水平的热图

B图:(数据来源:TCGA) 由RNA测序绘制出的ISGs表达水平的热图

作者将患者按生存期长短分为两组,并分析ISG的表达差异,发现短生存期分别有7个(CGGA)和9个(TCGA)ISG显著上调,其中有5个交叉基因(ISG20,IFI30,IFI44,IFITM2,IFITM3),他们可能与胶质瘤的预后不良相关。

2. IFI30被认为是GBM中具有预后价值的最重要ISG基因

 

图1.(C,D) IFI30作为预后基因的研究
 

C图:(数据来源:CGGA RNA-seq) 不同基因高/低表达的对数秩生存分析森林图

D图:(数据来源:TCGA RNA-seq) 不同基因高/低表达的对数秩生存分析森林图

为了找出一个预后最稳定的ISG,作者对低级胶质瘤(LGG)和胶质母细胞瘤(GBM)进行对数秩生存分析,结果显示只有IFI30具有稳定的预后值。

【注:在补充图中,作者验证IFI30表达水平较高的患者总生存期较短。】

为了进一步评估IFI是否可作为独立预后因素,作者进行单因素和多因素cox回归分析(表1),结果表明其可作为一个可靠的独立因素。

 

表1. 单因素和多因素Cox回归分析
 

3. IFI30的表达与GBM的恶性亚型相关

 

图2. IFI30在三个数据库及临床患者中的分布规律
 

A-C图:IFI30的表达与肿瘤分级的关系

D-F图:IFI30在不同亚型内的表达情况

G-I图:预测间充质亚型胶质瘤的ROC曲线

J图:不同级别胶质瘤的免疫组化分析

作者运用三种数据库分析(CGGA RNA-seq、TCGA RNA-seq、CGGA microarray),发现IFI30的表达与WHO的评分呈正相关(图2A-C),随后利用免疫组化进一步验证IFI30在胶质瘤的侵袭性亚型中优先表达,可能与胶质瘤的恶性程度有关(图2J)。

此外,作者还发现IFI30在IDH1野生型、MGMT启动子未甲基化以及间充质亚型的胶质瘤中表达更高(图2D-F),而ROC曲线分析证实其可作为间充质亚型良好的预测因子(图2G-I)。

【注:IDH1突变和MGMT启动子甲基化是导致恶性肿瘤发生的两个主要因素,但IFI30表达反而降低,似乎与结论矛盾,因此作者随后探讨IFI30在其中的预测价值。】

4. IDH1和MGMT启动子状态对GBM中IFI30的预测价值的影响

 

图3. IFI30的生存分析曲线
 

A-L图:生存分析以揭示IFI30的预后价值与IDH1和MGMT启动子状态之间的关系。

在IDH1野生型患者中,IFI30低表达与高表达组均存在显著生存差异(TCGA RNA-seq除外),而在IDH1突变患者中无统计学上差异;类似的,MGMT启动子甲基化患者中,IFI30低表达与高表达组均存在显著生存差异,而在MGMT启动子未甲基化的患者中无明显差异。

5. IFI30高表达的特异性体细胞突变和拷贝数改变

 

图4. IFI30与TCGA队列中不同基因组变异的相关性
 

A图:IFI30高/中/低表达的体细胞突变信息

B图:IFI30高/低表达的30组差异突变基因

在高表达组中,RB1中显示出高突变频率,而在低表达组中,IDH1、ATRX、PDGFRA和MROH2B突变频率更高。

C图:IFI30高/低表达的基因拷贝数变异总体水平

D图:IFI30高/低表达的基因拷贝数变异差异水平

高表达组存在5号、22号和X号染色体部分片段扩增和8号染色体部分片段缺失。虽然两组间1p和19q等重要染色体片段的拷贝数无显著差异,但IFI30高表达扩增的基因,如NRIP1和SSBP2,可能促进了胶质瘤恶性程度。

6. IFI30高表达导致GBM化疗耐药

接下来作者进行不同条件下的生存分析,以探究IFI30表达与治疗反应的关系。

 

图5. IFI30降低GBM的化疗敏感性
 

A图:接受化疗的GBM患者中,IFI30低表达组具有生存优势

B图:未接受化疗的GBM患者中,两组之间无统计学差异

C图:在IFI30低表达组中,接受化疗的患者存活时间更长

D图:在IFI30高表达组中,化疗的治疗效益不佳

E-F图:无论是否化疗,仅IFI低水平+MGMT启动子甲基化的患者相对于未甲基化组具有生存优势

G-H图:在MGMT启动子甲基化情况下,IFI低水平组化疗的治疗效益更佳

7. IFI30参与了GBM细胞的恶性表型和耐药性

 

图6. IFI30与GBM恶性表型及化疗反应相关
 

A图:在不同胶质瘤细胞株中IFI30 mRNA水平的柱状图

B图:不同浓度的IFN-γ诱导IFI30表达情况的柱状图

C图:qPCR验证两个siRNA的敲除效率

D图:细胞的侵袭和迁移实验

E图:不同浓度的TMZ对细胞的抑制作用

F图:(数据来源:CGGA RNA-seq) GSEA分析

G图:WB实验证实敲除IFI30基因降低了IL6和STAT6的表达

作者发现U87细胞株中IFI30 mRNA含量最高(图6A),并在U87细胞株中验证了IFN-γ可显著诱导IFI30的过度表达(图6B)。随后构建siRNA并由qPCR验证(图6C),并在体外细胞实验证实IFI30可促进细胞的侵袭和迁移(图6D)。

作者用不同浓度TMZ处理细胞以验证IFI30对细胞耐药性的作用(图6E),并用GSEA研究IFI30介导的分子机制,发现IL6和STAT信号通路富集(图6F),最后利用WB实验证实敲除IFI30可抑制IF6和STAT6的表达(图6G),即IFI30可能通过促进IF6和STAT6表达,促进GBM化疗耐受性。

8. IFI30与白细胞介导的免疫反应增强以及免疫微环境相关

随后作者为了确定与IFI30高表达最相关的生物学过程,总结了一个IFI30相关基因群。

 

图7. 与IFI30相关的微环境分析和生物功能
 

A图:(数据来源:CGGA RNA-seq) 对IFI30相关基因的GO分析

分析表明这些基因在巨噬细胞分化和单核细胞迁移的调节中富集。

B图:(数据来源:CGGA RNA-seq) GSEA 分析验证IFI30生物学功能

高表达组的免疫应答和白细胞介导的免疫调节增强。

C图:IFI30与免疫相关基因簇的关系热图

由于IFI30与活化免疫应答相关,作者进一步研究了IFI30与各种刺激活性信号的相关性,发现其参与巨噬细胞活化、T细胞相关信号转导和抗原提呈细胞过程。

D图:(数据来源:CGGA) CIBERSORT算法证实IFI30与巨噬细胞相关

M0巨噬细胞在高表达组中显著富集。

E图:(数据来源:TCGA) CIBERSORT算法证实IFI30与巨噬细胞相关

M2巨噬细胞在高表达组中显著富集。

F图:免疫荧光法检验IFI30和CD163

CD163为M2巨噬细胞标记物,与IFI30协同定位和表达。

G图:(数据来源:CGGA) IFI30与免疫抑制检查点的关系图

IFI30与HAVCR2(也成为粘蛋白结构域3)高度相关。

这些结果表明IFI30在调节导致胶质瘤恶性进展的免疫微环境中起着关键作用。

作者通过TCGA、CCGA数据库,筛选出胶质瘤中差异表达的IFN-γ刺激基因,随后通过对数秩生存分析进一步挑选出预后稳定的IFI30,并研究其生物学功能,发现其可以增强免疫反应,影响肿瘤微环境,并与肿瘤恶性表型以及化疗耐药相关,是一个良好的预测变量,但IDH1突变或MGMT启动子未甲基化会导致其预测价值降低。

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