助力發(fā)文 | 三陰性乳腺癌免疫相關(guān)預(yù)后生物標(biāo)志的挖掘
2022-07-07 閱讀數(shù)：7466
摘要：轉(zhuǎn)錄組測(cè)序助力挖掘三陰性乳腺癌組織免疫浸潤(rùn)特征
引文：近期，華銀康集團(tuán)高通量科研團(tuán)隊(duì)助力深圳市龍華區(qū)婦幼保健院病理科團(tuán)隊(duì)在Annals of Medicine（IF=4.71）發(fā)表了題為“Development of an immune-related prognostic biomarker for triple-negative breast cancer”的研究論文。
正文：
研究背景
乳腺癌是女性癌癥中最常見的，占女性所有癌癥病例的23%[1]。乳腺癌根據(jù)乳腺癌細(xì)胞表面受體狀態(tài)分為以下三種類型：（a）雌激素受體（oestrogen receptor, ER）或黃體酮受體（progesterone receptor, PR）陽性；（b）人表皮生長(zhǎng)因子受體2（epidermal growth factor receptor 2, EGFR2）陽性，伴或不伴ER和PR陽性；（c）三陰性乳腺癌（triple-negative breast cancer , TNBC），ER、PR和EGFR2表現(xiàn)為陰性[2]。TNBC患者的腫瘤免疫微環(huán)境（tumor immune microenvironment, TIME）具有高度復(fù)雜的組成異質(zhì)性，由不同的細(xì)胞類型和無序的基因表達(dá)組成。有報(bào)道證明，腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞的存在與TNBC患者更好的預(yù)后和對(duì)新輔助化療反應(yīng)相關(guān)[3-5]。本研究旨在通過轉(zhuǎn)錄組挖掘TNBC患者TIME的細(xì)胞免疫浸潤(rùn)特征，首先提出使用基于癌組織與癌旁組織中細(xì)胞類群構(gòu)成差異的免疫浸潤(rùn)評(píng)分(Immune Infiltration Score, IIS)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)方法建立的該模型可作為一種新型生物標(biāo)志物指示TIME中免疫細(xì)胞浸潤(rùn)的程度，可以清晰地區(qū)分癌組織和癌旁組織，確定關(guān)鍵的免疫相關(guān)預(yù)后生物標(biāo)志物。
研究方法
首先，從30名TNBC患者處獲取乳腺癌組織和癌旁組織樣本，將組織解離后進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序。然后，癌組織（CA）和癌旁組織（CAP）中的免疫細(xì)胞成分差異通過xCell分析來定量，并使用CIBERSORT和ESTIMATE評(píng)估TNBC樣本中的腫瘤浸潤(rùn)免疫細(xì)胞含量和免疫浸潤(rùn)狀態(tài)，以驗(yàn)證xCell結(jié)果。為了識(shí)別TNBC患者癌組織中免疫浸潤(rùn)水平的變化，提取顯著差異細(xì)胞組成作為樣本的免疫譜并進(jìn)行Z-score標(biāo)準(zhǔn)化使細(xì)胞量可以被比較。接著，分別將上調(diào)和下調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)化后細(xì)胞量相加整合成2個(gè)指標(biāo)，應(yīng)用支持向量機(jī)（support vector machine, SVM）擬合包含上述2個(gè)指標(biāo)的模型，以獲得可以作為TNBC免疫相關(guān)的預(yù)后生物標(biāo)志物的IIS（圖1）。最后，來自TCGA的包含132名TNBC患者的數(shù)據(jù)集被用于驗(yàn)證IIS的預(yù)測(cè)預(yù)后效能。
圖1 IIS評(píng)估模型的定義
研究結(jié)果
#1 TNBC患者的臨床病理特征分析
本研究中共納入30名成年TNBC患者，其中，乳腺癌細(xì)胞分化程度屬于II級(jí)的有13例，屬于III級(jí)的有17例（圖2）。II級(jí)患者和III級(jí)患者相比，在年齡、腫瘤大小、轉(zhuǎn)移灶情況和病理類型上，差異不顯著。
圖2 TNBC患者的臨床病理信息
#2 TNBC患者TIME中表現(xiàn)出獨(dú)特的免疫細(xì)胞浸潤(rùn)狀態(tài)
在研究發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、粒細(xì)胞和其他先天免疫細(xì)胞在癌組織和癌旁組織中的浸潤(rùn)有顯著差異（圖3A）。在TNBC患者的TIME中，四種類型的免疫細(xì)胞數(shù)量上調(diào)，包括CD8陽性T細(xì)胞和TH1細(xì)胞、活化的樹突狀細(xì)胞 (aDC) 和巨噬細(xì)胞 (圖3A )；而有四種類型的免疫細(xì)胞數(shù)量在TIME中下調(diào)，包括常規(guī)樹突狀細(xì)胞 (cDC)、中性粒細(xì)胞、CD4陽性的T細(xì)胞和干細(xì)胞（圖3A）。在TIME中，固有免疫和適應(yīng)性免疫均被激活，其中以TH1和B細(xì)胞為主的適應(yīng)性免疫細(xì)胞顯著提高（圖 3B中）。為了驗(yàn)證該發(fā)現(xiàn)，研究者使用CIBERSORT評(píng)估同一數(shù)據(jù)集中免疫細(xì)胞類型的組成，CIBERSORT結(jié)果與xCell結(jié)果是高度一致的，CD8陽性T細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和干細(xì)胞在xCell和CIBERSORT中都發(fā)生了顯著變化（圖4A）。
圖3 TNBC患者的癌組織和癌旁組織中免疫細(xì)胞組成比較
圖4 TNBC患者的癌組織和癌旁組織免疫浸潤(rùn)水平在CIBERSORT、UMAP和IIS下的比較
#3 免疫浸潤(rùn)評(píng)分（IIS）表現(xiàn)良好的分類效能
從Z-score標(biāo)準(zhǔn)化后細(xì)胞免疫譜中可以獲取代表TIME細(xì)胞浸潤(rùn)上升和下調(diào)水平的2個(gè)指標(biāo)。通過UMAP對(duì)細(xì)胞免疫譜聚類，可以發(fā)現(xiàn)不同組別的樣本被很好地分群，TNBC患者癌組織和癌旁組織在免疫浸潤(rùn)水平上呈現(xiàn)明顯的差異，表明不同水平的免疫浸潤(rùn)在塑造TNBC免疫微環(huán)境上發(fā)揮了重要作用（圖4B）。使用SVM擬合2個(gè)指標(biāo)組合的模型IIS，結(jié)果也揭示了TNBC患者TIME的中免疫細(xì)胞組成的特異性（圖4C）。此外，IIS 評(píng)分模型還被應(yīng)用在TNBC-TCGA隊(duì)列數(shù)據(jù)集上，結(jié)果顯示IIS表現(xiàn)出良好的分辨癌癥和癌旁組織的效能（圖5A），表明 IIS 評(píng)分模型可以在其他TNBC數(shù)據(jù)集中普適性。為了測(cè)試IIS是否對(duì)TNBC患者的預(yù)后具有預(yù)測(cè)能力，本文分析了來自TCGA包含132名TNBC患者的數(shù)據(jù)集[6, 7]，發(fā)現(xiàn)與IIS評(píng)分較低的患者相比，IIS評(píng)分較高的患者表現(xiàn)更高的PD-L1表達(dá)水平（圖5B）和更短的無進(jìn)展生存期（圖5C）。
圖5 TCGA的BRCA數(shù)據(jù)集中腫瘤和癌旁樣本中的IIS比較
總結(jié)
在本文中，研究者對(duì)30名TNBC患者癌組織和癌旁組織解離后進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，然后使用xCell來定量分析癌組織和癌旁組織樣本的細(xì)胞類型成分差異，并通過機(jī)器學(xué)習(xí)方法首次建立基于TIME中免疫細(xì)胞成分的IIS模型，其作為一種新型生物標(biāo)志物可以指示TIME中免疫細(xì)胞浸潤(rùn)的程度。IIS隨后被進(jìn)一步推廣到TCGA隊(duì)列數(shù)據(jù)集上進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示IIS評(píng)分較高的患者表現(xiàn)更高的PD-L1表達(dá)和更短的無進(jìn)展生存期，這說明了IIS可用于預(yù)測(cè)患者預(yù)后和指導(dǎo)治療。因此，IIS提供了與診斷、治療和預(yù)后相關(guān)的TIME中免疫細(xì)胞組成的寶貴信息。
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助力科研
該研究轉(zhuǎn)錄組測(cè)序服務(wù)由華銀康集團(tuán)高通量測(cè)序檢測(cè)中心提供。華銀康集團(tuán)作為行業(yè)領(lǐng)先的健康服務(wù)企業(yè)，重視基礎(chǔ)研究成果轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)錄組測(cè)序服務(wù)項(xiàng)目作為我司基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)項(xiàng)目，助力探索乳腺癌發(fā)生進(jìn)展的深層機(jī)制和闡明腫瘤免疫微環(huán)境的重要作用。
高通量測(cè)序檢測(cè)中心
中心定位于科研服務(wù)與臨床醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化應(yīng)用，圍繞基礎(chǔ)科研和臨床檢測(cè)兩大板塊，致力于生物醫(yī)學(xué)各領(lǐng)域的相關(guān)研究與測(cè)序大數(shù)據(jù)聯(lián)合分析，為各大高校、醫(yī)院和科研單位提供醫(yī)學(xué)科研項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)、測(cè)序?qū)嶒?yàn)和數(shù)據(jù)分析為一體的一站式服務(wù)以及快速精準(zhǔn)的臨床檢測(cè)服務(wù)，以成為業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的高通量測(cè)序服務(wù)中心為目標(biāo)。
目前，我司高通量測(cè)序中心擁有Illumina和MGI等高通量測(cè)序儀組成的大規(guī)模高通量測(cè)序服務(wù)平臺(tái)，科研服務(wù)可提供涵蓋基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)（外泌體）、表觀組學(xué)、單細(xì)胞組學(xué)、微生物組學(xué)、免疫組庫、代謝組學(xué)、蛋白組學(xué)和多組學(xué)關(guān)聯(lián)分析等組學(xué)基礎(chǔ)研究服務(wù)和高級(jí)生物信息分析；臨床服務(wù)包括遺傳性腎病基因檢測(cè)、血液腫瘤基因檢測(cè)、實(shí)體瘤基因檢測(cè)、感染性疾病病原體檢測(cè)等服務(wù)。
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