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三月開(kāi)卷，10+純生信有何不可
腫瘤具有很強(qiáng)的異質(zhì)性，探尋患者之間的規(guī)律至關(guān)重要，因此很多腫瘤研究都聚焦于患者的分型分析。小編今天給大家分享一篇2022年12月發(fā)表在EBioMedicine（IF: 11.205）雜志上上使用公共數(shù)據(jù)進(jìn)行腫瘤分型分析的生信文章。文章使用轉(zhuǎn)錄數(shù)據(jù)根據(jù)免疫基因?qū)ι偻荒z質(zhì)細(xì)胞瘤進(jìn)行了聚類分型，并利用多組學(xué)數(shù)據(jù)對(duì)識(shí)別的免疫亞型進(jìn)行了全面刻畫。
Immunological profiles of human oligodendrogliomas define two distinct molecular subtypes
人類少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤的免疫學(xué)特征定義了兩種不同的分子亞型
一．研究背景
根據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)最新的分類指南，少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤具有IDH1或IDH2突變以及染色體臂1p和19q共缺失的特征。此外，少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤是一種異質(zhì)性疾病，而了解其免疫微環(huán)境和分子亞型，能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)及選擇少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤的免疫治療策略提供依據(jù)。因此，該研究旨在通過(guò)轉(zhuǎn)錄組、基因組和甲基化組的綜合分析來(lái)識(shí)別少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤的內(nèi)在分子亞型。
二．文章摘要
研究收集了來(lái)自TCGA的137例少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤患者的表達(dá)數(shù)據(jù)、基因組數(shù)據(jù)、甲基化數(shù)據(jù)及臨床數(shù)據(jù)，并根據(jù)免疫基因的表達(dá)進(jìn)行了無(wú)監(jiān)督聚類分析，識(shí)別了與不同分子特征和臨床結(jié)果相關(guān)的兩個(gè)亞型，同時(shí)也對(duì)不同亞型的基因組及甲基化組進(jìn)行了比較分析。此外，研究使用包含218例患者的兩個(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)集對(duì)兩個(gè)亞型進(jìn)行了驗(yàn)證分析。
三．文章的主要內(nèi)容及結(jié)果
1. 一致性聚類識(shí)別少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤的兩個(gè)不同亞型
在文章的第一部分，作者為了刻畫少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤的免疫異質(zhì)性，收集了先前報(bào)道的782個(gè)免疫相關(guān)基因進(jìn)行聚類分析。研究的工作流程如圖1a所示，作者首先進(jìn)行生存分析來(lái)識(shí)別具有預(yù)后意義的基因，結(jié)果在TCGA隊(duì)列中共識(shí)別了84個(gè)候選基因用于后續(xù)的聚類分析。研究通過(guò)無(wú)監(jiān)督一致性聚類分析，識(shí)別出出Oligo1和Oligo2兩種免疫亞型(圖1b)。接著作者通過(guò)PCA來(lái)進(jìn)一步證實(shí)亞型之間差異表達(dá)模式的魯棒性(圖1c)。此外，作者也分析了亞型與分子和病理特征的相關(guān)性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)組織學(xué)3級(jí)與Oligo1亞型相關(guān)，且Oligo1亞型患者年齡比Oligo2亞型患者大(圖1b)。作者進(jìn)一步通過(guò)生存分析發(fā)現(xiàn)，與Oligo2亞型相比，Oligo1亞型的預(yù)后更差(圖1d)。
2. 跨數(shù)據(jù)集驗(yàn)證免疫亞型
這一部分作者在另外兩個(gè)隊(duì)列中驗(yàn)證了免疫亞型的穩(wěn)健性。研究首先將驗(yàn)證隊(duì)列中的每個(gè)樣本分配到亞型中(圖2a和d)，接著根據(jù)PCA證實(shí)免疫亞型之間的表達(dá)差異(圖2b和e)。研究發(fā)現(xiàn)與TCGA隊(duì)列一致，Oligo1主要由WHO 3級(jí)和老年患者組成，且在CGGA隊(duì)列中與較短的總生存期相關(guān)(圖2c)。此外，在POLA隊(duì)列中，作者也觀察到WHO 3級(jí)與Oligo1亞型顯著相關(guān)，不過(guò)由于隨訪時(shí)間有限，研究未觀察到該隊(duì)列中免疫亞型與患者結(jié)局之間的相關(guān)性(圖 2f)。
3. 免疫亞型的體細(xì)胞變異
這一部分作者對(duì)免疫亞型的體細(xì)胞變異進(jìn)行了研究。研究首先根據(jù)TCGA隊(duì)列的基因組變異數(shù)據(jù)對(duì)免疫亞型與體細(xì)胞驅(qū)動(dòng)因子的相關(guān)性進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Oligo1具有更高的非整倍性、腫瘤突變負(fù)荷和拷貝數(shù)負(fù)荷(圖3a)。接著作者對(duì)高頻突變基因進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)EGFR改變?cè)贠ligo1樣本中顯著富集，而大多數(shù)常見(jiàn)基因變異在亞型之間表現(xiàn)出非特異性關(guān)聯(lián)（圖3b）。此外，差異基因的功能富集分析也發(fā)現(xiàn)Oligo1特異性改變的基因主要富集在Wnt信號(hào)通路及神經(jīng)發(fā)生調(diào)控等通路(圖 3b)。
4. 免疫亞型中的DNA甲基化差異
這一部分作者對(duì)Oligo1亞型和Oligo2亞型之間的表觀遺傳差異進(jìn)行了分析。研究首先識(shí)別了TCGA隊(duì)列中兩個(gè)亞型的差異甲基化CpG位點(diǎn)，結(jié)果識(shí)別出1601個(gè)差異CpG探針，接著作者對(duì)探針進(jìn)行排序(圖4a)。研究在Oligo1中觀察到甲基化改變的基因在細(xì)胞增殖、Wnt信號(hào)通路、化學(xué)突觸傳遞和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)方面高度富集(圖4b)，而Oligo2中甲基化差異基因則涉及免疫反應(yīng)和炎癥反應(yīng)等功能(圖4b)。接著作者對(duì)POLA隊(duì)列的DNA甲基化數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，觀察到與TCGA隊(duì)列類似的結(jié)果(圖4c和d)。
5. 免疫亞型的轉(zhuǎn)錄組分析
這一部分作者在TCGA隊(duì)列中基于轉(zhuǎn)錄數(shù)據(jù)對(duì)兩個(gè)亞型的功能差異進(jìn)行了分析。研究基于亞型間差異表達(dá)基因進(jìn)行GO富集分析發(fā)現(xiàn)Oligo1主要富集在化學(xué)突觸傳遞、神經(jīng)遞質(zhì)分泌、Wnt信號(hào)通路、細(xì)胞周期調(diào)控、有絲分裂細(xì)胞周期G2/M轉(zhuǎn)變等功能。相反，Oligo2富集到抗原加工和呈遞、氧化還原過(guò)程、代謝過(guò)程和先天免疫應(yīng)答等功能。
6. 免疫亞型的細(xì)胞和分子特征
這一部分研究對(duì)兩個(gè)免疫亞型間的細(xì)胞和分子特征進(jìn)行了分析。作者首先通過(guò)ESTIMATE計(jì)算了基質(zhì)和免疫評(píng)分，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與Oligo1亞型相比，Oligo2亞型的免疫和基質(zhì)評(píng)分更高(圖5a)。接著研究基于CIBERSORT方法研究各亞型間的免疫細(xì)胞浸潤(rùn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Oligo1中淋巴細(xì)胞和漿細(xì)胞的豐度更高，而Oligo2中巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞豐度更高(圖5b和c)。另外，研究基于ssGSVA評(píng)分也觀察到Oligo2中APC和T細(xì)胞共抑制的增強(qiáng)(圖5d)。此外，研究也對(duì)幾種抑制性檢查點(diǎn)基因的表達(dá)水平進(jìn)行了分析，結(jié)果觀察到大多數(shù)檢查點(diǎn)基因在Oligo2中高表達(dá)(圖5e)。接下來(lái)，研究對(duì)CGGA隊(duì)列組織進(jìn)行免疫組化染色也證實(shí)了上述發(fā)現(xiàn)(圖6)。
7. 免疫亞型的代謝分析
最后一部分研究分析了免疫亞型的代謝特征。研究首先基于GSVA對(duì)先前報(bào)道的115個(gè)代謝相關(guān)標(biāo)記基因的富集水平進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Oligo2亞型表現(xiàn)出更高水平的代謝過(guò)程。相比之下，Oligo1腫瘤顯示出較少的代謝特征(圖7a)。此外，研究進(jìn)一步計(jì)算了CGGA和POLA隊(duì)列的代謝評(píng)分，并觀察到了一致的結(jié)果(圖7b)。
到這里文章的主要內(nèi)容就介紹完了，文章基于免疫基因的表達(dá)對(duì)少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤進(jìn)行了分型，并結(jié)合多組學(xué)數(shù)據(jù)對(duì)兩個(gè)免疫亞型的預(yù)后、基因組及功能等差異進(jìn)行了分析。文章邏輯清晰，用的方法也很經(jīng)典，無(wú)論是研究的角度還是思路都值得做分型的小伙伴們參考學(xué)習(xí)。
