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小伙伴們大家好，今天想跟大家分享的是一篇于今年2月份發(fā)表在Cell（IF：41.582）上的一篇文章。感到驚喜的是，該文章是一篇利用公開數(shù)據(jù)進行的meta分析。讓我們來看看這篇文章的主要內(nèi)容，看看別人為什么可以發(fā)到那么高，而我們又能從中借鑒什么呢？
Meta-analysis of tumor and T cell-intrinsic mechanisms of sensitization to checkpoint inhibition
腫瘤和T細胞對免疫檢查點抑制敏感的內(nèi)在機制的meta分析
免疫檢查點抑制劑（CPI）應(yīng)答標志物效能的系統(tǒng)評估
作者從12篇研究中收集了1000多個接受免疫治療的樣本，獲取響應(yīng)的臨床響應(yīng)信息以及基因組或轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，并進行了一套標準的數(shù)據(jù)處理流程（圖1）。同時作者查閱了723篇相關(guān)文獻，收集了55個CPI的應(yīng)答標志物。有了這些準備后，作者分別在每一套數(shù)據(jù)集中評估這些應(yīng)答標志物的預(yù)測效能，然后通過meta分析將效應(yīng)量整合起來（圖2A）。由結(jié)果可以看出，在所有12項研究中，預(yù)測效應(yīng)最強的生物標志物是克隆性的TMB，接著是總TMB，而亞克隆TMB于CPI反應(yīng)沒有顯著的相關(guān)性。此外許多與抗原相關(guān)的標志物（sources of antigen）均與CPI應(yīng)答相關(guān)。免疫浸潤類的標志物（immune infiltration）預(yù)測效能較優(yōu)，其中 CXCL9表達是效應(yīng)最強的預(yù)測因子。值得注意的是，盡管一些標志物效應(yīng)較高，但缺乏統(tǒng)計學(xué)意義上的關(guān)聯(lián)，這并不排除這些過程在決定CPI反應(yīng)中具有潛在生物學(xué)作用（數(shù)據(jù)量較?。?。此外，對于較罕見的突變事件，該分析力度不足，如B2M突變或缺失僅在1.4%的病例中發(fā)現(xiàn)，這意味著可能需要更大的樣本量來確認這些事件在影響CPI反應(yīng)中的作用。
接下來，作者按癌癥或藥物類型來分析這些數(shù)據(jù)集，評估了四組數(shù)據(jù)：黑色素瘤抗PD-1/L1、黑色素瘤抗CTLA-4、尿路上皮癌抗PD-1/L1和非小細胞肺癌抗PD-1/L1。除HLA B44和種系HLA-I進化差異外，個體亞組中顯著的生物標志物多數(shù)與泛癌meta分析中顯著的生物標志物相同（圖2B）。同時藥物組織學(xué)差異反映了預(yù)期模式，如CD274（PD-L1）表達在黑色素瘤抗PD-1/L1隊列中顯著，但在抗CTLA-4隊列中不顯著。
最后作者評估了生物標志物之間的相關(guān)性水平，觀察到每個類別中指標之間的高水平相關(guān)性（圖2C）。突變指標如TMB和克隆TMB彼此之間具有很強的相關(guān)性，同樣CD8A和CXCL9等免疫浸潤標志物之間也存在相關(guān)性。然而，不同的生物標志物類別之間的相關(guān)性通常很低，如抗原生物標志物的來源在很大程度上與免疫浸潤標志物不相關(guān)，這表明將多個標志物結(jié)合在一起具有潛在的非冗余效應(yīng)。作者量化了各種CPI響應(yīng)標志物對應(yīng)答的解釋程度，結(jié)果表明所有標志物的解釋程度在0.6左右，即還有40%的決定ICB應(yīng)答的因素沒有被發(fā)現(xiàn)（圖2D）。
圖1. Meta分析的數(shù)據(jù)處理流程
圖2. CPI響應(yīng)相關(guān)的標志物評估
CPI應(yīng)答的多變量預(yù)測模型
作者評估完一些標志物后，觀察到了CPI應(yīng)答標志物的復(fù)雜性，進而他們探討了是否可以將這些標志物組合，形成一個整合標志物來提高預(yù)測CPI應(yīng)答的效能。作者使用上述meta分析中11個顯著與CPI應(yīng)答相關(guān)的預(yù)測因子，基于XGBoost方法構(gòu)建多變量的預(yù)測模型來預(yù)測CPI治療的應(yīng)答。由于不同的癌癥類型可能有些差別，所以作者針對每一個癌癥類型都構(gòu)建了預(yù)測模型（圖3A）。然而，這些模型也顯示出了很強的相似性，如克隆性TMB和CXCL9在多個模型中的貢獻均排在前兩位（圖3A）。因此，作者根據(jù)以上列出的11個生物標志物集合（圖3B），使用所有的1008個樣本訓(xùn)練出最終的泛癌模型，特征重要度評分如圖3C。接著作者對模型在3個獨立的驗證集進行評估，發(fā)現(xiàn)多變量的預(yù)測模型的預(yù)測效能在3個獨立的數(shù)據(jù)集中均優(yōu)于TMB（圖3D）。
圖3. CPI應(yīng)答的多變量預(yù)測模型
由于目前的生物標記物僅提供了CPI反應(yīng)相關(guān)的部分解釋，作者接下來進行了發(fā)現(xiàn)分析，在隊列中尋找額外的反應(yīng)預(yù)測因子。鑒于TMB的重要性，作者進而評估突變過程與治療應(yīng)答的關(guān)系。其中對于每個突變過程，作者測試了該過程的貢獻度與CPI響應(yīng)之間的關(guān)聯(lián)，其中5個與CPI的應(yīng)答相關(guān)（圖4A）。
接下來，作者試圖識別這些突變過程的特性，這些特性可能導(dǎo)致形成更多的免疫抗原表位。有趣的是，作者發(fā)現(xiàn)signature 4（煙草暴露相關(guān)）和signature 7（紫外線照射相關(guān)）和二核苷酸變異（DNV）數(shù)目之間具有很強的相關(guān)性（圖4B）。二核苷酸變異可能會使氨基酸產(chǎn)生更大的變化，同樣作者發(fā)現(xiàn)對于SNV突變來說，只觀察到150種氨基酸變化模式，而DNV則產(chǎn)生250種不同的氨基酸變化模式（圖4C）。同時DNV產(chǎn)生的氨基酸改變更大，具有較高的Grantham距離（衡量氨基酸相似性的測度）和疏水性差異（圖4D），而高的疏水性評分傾向于為T細胞反應(yīng)性表位（圖4E）。在這里作者做的細節(jié)非常到位，詳細剖析了突變過程貢獻較好CPI應(yīng)答的原因。
圖4.與CPI響應(yīng)相關(guān)的突變過程
拷貝數(shù)與CPI相應(yīng)之間的關(guān)聯(lián)
作者還在樣本集中進行了體細胞拷貝數(shù)分析，以尋找與CPI響應(yīng)相關(guān)的拷貝異常位點。雖然沒有發(fā)現(xiàn)SCNV的總負荷與應(yīng)答相關(guān)（圖2A），但特定位點的改變可能會導(dǎo)致對治療的耐藥性或敏感性（圖5AB）。差異最顯著的區(qū)段是9q34，應(yīng)答者的丟失頻率為44.4%，而無應(yīng)答者的丟失頻率為30.5%（圖5B）。因此，9q34缺失與CPI治療的敏感性相關(guān)，對該位點進行精細定位發(fā)現(xiàn)頻率差在9q34.3處出現(xiàn)一個尖峰，與TRAF2基因直接重疊（圖5C）。同時在整個泛癌、尿路上皮癌、黑色素瘤和其他腫瘤類型隊列中，TRAF2缺失在應(yīng)答者中均顯著增加（圖5D）。此外作者注意到大多數(shù)9q34缺失是單等位基因丟失事件，進一步研究表明 TRAF2很可能具有單倍體劑量不足的效應(yīng)（圖5E）。
圖5. CPI應(yīng)答者和非應(yīng)答者的拷貝數(shù)擴增和缺失譜
接下來作者考慮了癌基因和抑癌基因的區(qū)域擴增和純合子缺失事件是否與CPI反應(yīng)相關(guān)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)CCND1擴增腫瘤的CPI應(yīng)答率顯著降低（圖6A），尿路上皮癌中CCND1擴增腫瘤的數(shù)量最高（圖6B），同時觀察到在尿路上皮癌種無應(yīng)答者的CCND1表達水平顯著高于應(yīng)答者（圖6C）。為了驗證CCND1擴增在與CPI應(yīng)答的關(guān)聯(lián)，作者在接受CPI治療的尿路上皮癌隊列中觀察到CCND1擴增與總體生存較差顯著相關(guān)（圖6D）。作為陰性對照，在沒有使用CPI治療的尿路上皮癌患者兩組的總體生存期沒有差異（圖6E）。這種現(xiàn)象在泛癌隊列中仍然存在（圖6FG）。這些數(shù)據(jù)表明CCND1擴增與CPI應(yīng)答存在相關(guān)性，而與常規(guī)預(yù)后無關(guān)。
圖6. CCND1擴增與CPI應(yīng)答相關(guān)
結(jié)合單細胞數(shù)據(jù)的分析
克隆突變負荷在先前評估中作為較優(yōu)的生物標志物，這表明以克隆性新抗原為靶點的T細胞應(yīng)答在免疫治療期間具有關(guān)鍵作用。為了檢驗是否克隆性新抗原激活的T細胞所表達的基因能進一步解釋克隆性新抗原與CPI響應(yīng)的關(guān)聯(lián)，作者對一名未經(jīng)治療的非小細胞癌患者的CD8 TILs進行了單細胞測序，并根據(jù)克隆性新抗原（MTFR2）是否為陽性進行了分類。來自同一區(qū)域的陽性細胞相對于陰性細胞有846個基因顯著上調(diào)（圖7A），涉及的功能包括抗原呈遞、T細胞激活轉(zhuǎn)運和T細胞功能障礙等。這些基因在CPI隊列中，應(yīng)答者的表達顯著高于無應(yīng)答者（圖7B），尤其是CXCL13和CCR5（圖7C）。
圖7.克隆性新抗原為靶點的T細胞應(yīng)答在免疫治療過程中的作用
本篇文章的內(nèi)容就是這些，讓我們來簡要總結(jié)下該文章的思路。首先作者整合了大量的CPI數(shù)據(jù)集，系統(tǒng)的評估了現(xiàn)有的CPI應(yīng)答相關(guān)的標志物，然后作者基于此構(gòu)建一個多變量的預(yù)測模型，最后作者還對CPI響應(yīng)相關(guān)的突變過程、拷貝數(shù)和克隆性新抗原進行了深入分析。本篇研究不愧是發(fā)在頂級期刊上的文章，系統(tǒng)且標準化的數(shù)據(jù)收集處理流程為后續(xù)的分析奠定了扎實的基礎(chǔ)，此外作者對各個細節(jié)的把控相當?shù)轿唬@對主要結(jié)果的證明起到了畫龍點睛的作用。這也為我們的研究擴展思路提供了幫助，在我們研究突變過程時會不會想到二核苷酸突變呢？在研究拷貝數(shù)時會不會聯(lián)想到單倍體劑量不足呢？同時本文的思路是否能擴展為評估不同signature的預(yù)后呢？相信本文會給大家?guī)泶罅康氖斋@，最后祝大家科研順利！
