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膠質(zhì)瘤基質(zhì)細(xì)胞預(yù)測膠質(zhì)瘤預(yù)后的潛在機
膠質(zhì)瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)最常見的原發(fā)性惡性腫瘤，預(yù)后也很差。近年來，免疫治療在人類惡性腫瘤中得到了廣泛研究，然而膠質(zhì)瘤的“冷免疫”特性使得僅有少數(shù)患者受益于免疫治療。當(dāng)下研究熱度著眼于對膠質(zhì)瘤和免疫系統(tǒng)之間復(fù)雜相互作用的理解，以發(fā)揮膠質(zhì)瘤免疫治療的效果。2021年4月發(fā)表在Frontiers Oncology上一篇文章“Glioma-Associated Stromal Cells Stimulate Glioma Malignancy by Regulating the Tumor Immune Microenvironment”（IF：6.242）對膠質(zhì)瘤相關(guān)基質(zhì)細(xì)胞（GASC）作為膠質(zhì)瘤預(yù)后的標(biāo)志物的潛在機制進(jìn)行了探討。
英文縮寫：
GASC，glioma-associated stromal cell 膠質(zhì)瘤相關(guān)基質(zhì)細(xì)胞
TCGA,The Cancer Genome Atlas 癌癥基因組圖譜
CGGA,Chinese Glioma Genome Atlas 中國膠質(zhì)瘤基因組圖譜
HGG,high-grade glioma; 高級別膠質(zhì)瘤
ssGSEA，Single-sample Gene Set Enrichment Analysis algorithm 單樣本基因集富集分析算法
PCA，Principle Component Analysis 主成分分析
DEGs,differentially expressed genes; 差異表達(dá)基因
CNV,copy number variations; 基因拷貝數(shù)變異
ICPs,immune checkpoints. 免疫檢查點
TIDE，The Tumor Immune Dysfunction and Exclusion
研究背景
膠質(zhì)瘤相關(guān)基質(zhì)細(xì)胞是新近發(fā)現(xiàn)的膠質(zhì)瘤微環(huán)境中一種重要的基質(zhì)細(xì)胞，具有預(yù)測預(yù)后和治療前景的潛在價值。然而，膠質(zhì)瘤微環(huán)境中GASCs的潛在機制在很大程度上仍然是未知的。有證據(jù)表明GASCs促進(jìn)血管生成、侵襲和腫瘤生長。作者此項研究旨在探討GASCs在膠質(zhì)瘤中的作用機制，特別是在高級別膠質(zhì)瘤（HGG）中的作用機制。
研究方法
本研究使用了來自TCGA和CGGA的膠質(zhì)瘤數(shù)據(jù)集。下載了TCGA 702例、CGGA 693例膠質(zhì)瘤樣本的基因測序數(shù)據(jù)和臨床信息數(shù)據(jù)，并進(jìn)行甲基化分析。使用單樣本基因集富集分析算法分別計算每個樣本的GASCs富集分?jǐn)?shù)，計算干細(xì)胞評分、間充質(zhì)-上皮-巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)變（EMT）評分、致瘤因子評分和血管生成活性評分、以及相應(yīng)的基因組。接著，利用SsGSEA算法來區(qū)分GASC組高或低的患者。然后使用Morpheus鑒別高GASC組和低GASC組之間顯著差異表達(dá)的基因，使用xCELL和CIBERSORT算法分析基質(zhì)細(xì)胞和免疫細(xì)胞的組成，使用TIDE預(yù)測每個膠質(zhì)瘤樣本的免疫檢查點抑制劑的臨床反應(yīng)。最后，構(gòu)建風(fēng)險評分和諾模圖模型預(yù)測膠質(zhì)瘤的預(yù)后。
研究結(jié)果
（1）、為了分析膠質(zhì)瘤微環(huán)境中GASCs的潛在機制，作者分析了來自TCGA的702個樣本和CGGA的693個樣本的mRNA測序數(shù)據(jù)，然后使用ssGSEA算法計算每個樣本的GASC得分。根據(jù)GASC評分的中位數(shù)將TCGA和CGGA的樣本分別分為高GASC組和低GASC組（圖 1），圖1A、B顯示了高GASC組和低GASC組的信息。另外，對來自TCGA的393個HGG樣本和來自CGGA的504個高級別膠質(zhì)瘤（HGG）樣本也進(jìn)行了單獨的分類，將其分為高GASC組和低GASC組。 Kaplan-Meier生存曲線結(jié)果顯示，在所有膠質(zhì)瘤組和HGG中，GASC評分越高，OS越差(p<0.0001；圖1C-F)。主成分分析結(jié)果顯示高GASC組和低GASC組之間GASC標(biāo)志物的表達(dá)圖譜有顯著差異(圖1G-J)。
其中（A-B）表示所有神經(jīng)膠質(zhì)瘤人群中GASC標(biāo)記物的熱圖；（C-F）代表所有神經(jīng)膠質(zhì)瘤人群和高級別神經(jīng)膠質(zhì)瘤人群的高GASC組和低GASC組樣本的Kaplan-Meier生存（OS）曲線；（G-J）表示所有膠質(zhì)瘤組和高級別膠質(zhì)瘤的高、低GASC組的主成分分析結(jié)果（A、C、G、I代表TCGA，B、D、H、J代表CGGA）。
（2）、GASCs和基質(zhì)細(xì)胞之間的關(guān)系
使用xCELL算法評估GASCs和其他基質(zhì)細(xì)胞之間的關(guān)系，結(jié)果表示TCGA數(shù)據(jù)所有膠質(zhì)瘤人群中高GASC組的內(nèi)皮細(xì)胞、淋巴內(nèi)皮細(xì)胞和微血管內(nèi)皮細(xì)胞含量均較高，系數(shù)矩陣顯示GASC評分和以上細(xì)胞水平呈正相關(guān)。單變量Cox回歸結(jié)果也表明間充質(zhì)干細(xì)胞是膠質(zhì)瘤的保護(hù)因子（圖 2）。
（A、D）條形圖顯示高GASC組和低GASC組之間xCELL得分差異；（B、E）基質(zhì)細(xì)胞單變量Cox回歸分析森林圖；（C、F）GASC評分與基質(zhì)細(xì)胞相關(guān)性。（A、B、C為TCGA，D、E、F為CGGA）。備注:p>0.05,*P≤0.05，**p≤0.01，***p≤0.001，****p≤0.0001。
（3）、高GASC組和低GASC組的免疫景觀
使用CIBERSORT算法計算了22種免疫細(xì)胞的相對豐度，同時分析了GASCs與14個ICP的相關(guān)性?？偟膩碚f高GASC組相較于低GASC組，適應(yīng)性免疫水平較低，但M2巨噬細(xì)胞水平在高GASC組中顯著升高并和GASC評分呈正相關(guān)，并且是膠質(zhì)瘤的危險因素。高GASC組大部分ICP表達(dá)水平有統(tǒng)計學(xué)差異，Cox回歸結(jié)果顯示，PD-L2、TIM3、CD80、CD86、CD155和CIITA表達(dá)水平是所有膠質(zhì)瘤人群和HGG人群發(fā)生膠質(zhì)瘤的危險因素，并且ICP內(nèi)部存在很強的正相關(guān)，GASC評分也和它們存在正相關(guān)（圖 3）
（ACEG）柱狀圖說明了所有膠質(zhì)瘤人群中高、低GASC組和高膠質(zhì)瘤人群中表達(dá)ICP表達(dá)的差異；（BDFH）所有膠質(zhì)瘤人群（B代表TCGA,D代表CGGA）和高級別膠質(zhì)瘤人群（F代表TCGA，H代表CGGA）ICP表達(dá)的單變量Cox回歸分析森林圖。備注：p>0.05,*P≤0.05，**p≤0.01，***p≤0.001，****p≤0.0001。
（4）、GASC評分與預(yù)后
生存分析結(jié)果表明，高GASC組DR3和CIITA的基因拷貝數(shù)變異顯著升高，降低了膠質(zhì)瘤患者的OS。而THY1和CD80甲基化水平升高有更好的生存期。
（A）盒子圖顯示了高GASC組、低GASC組和正常組中THY1、CD9、CD14、CD44、ITGAM和ACTA1甲基化水平的差異；(B).THY1、CD9、CD14、CD44、ITGAM和ACTA1甲基化高和低組樣本的Kaplan-Meier總生存曲線；（C）.箱形圖顯示高、低GASC組和正常組中Galectin-9、CD80、CD155和LAG3甲基化水平的差異；（D）. Galectin-9、CD80、CD155和LAG3高甲基化組和低甲基化組樣本的Kaplan-Meier 生存曲線。
（5）、免疫療法應(yīng)答的預(yù)測
應(yīng)用TIDE工具預(yù)測每個樣本的免疫應(yīng)答可能性，結(jié)果表明，在所有膠質(zhì)瘤患者中，低GASC組比高GASC組更有可能對免疫治療有反應(yīng)，在所有膠質(zhì)瘤人群中，應(yīng)答組的“T細(xì)胞CD8”和“巨噬細(xì)胞M0”水平較低，而“肥大細(xì)胞活化”較高，在HGG人群中則正好相反。（圖 5）
（A）所有膠質(zhì)瘤人群和高級別膠質(zhì)瘤人群的潛在免疫治療應(yīng)答（A、C為TCGA，B、D為CGGA）；（E）GASC與預(yù)測免疫治療應(yīng)答的相關(guān)性；（F、I）條形圖說明應(yīng)答者和無應(yīng)答者在所有膠質(zhì)瘤人群和高級別膠質(zhì)瘤人群中免疫細(xì)胞評分的差異。
（6）、風(fēng)險評分體系的構(gòu)建
最后構(gòu)建了預(yù)測膠質(zhì)瘤預(yù)后的諾模圖模型，包括風(fēng)險評分和臨床病理特征。單因素和多因素Cox回歸分析表明，GASC風(fēng)險評分是膠質(zhì)瘤預(yù)后的獨立預(yù)測因素。
（A-B）訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的Cox回歸分析；（C-D）為高風(fēng)險和低風(fēng)險組的Kaplan-Meier總生存曲線；（E）預(yù)后模型的單因素和多因素Cox回歸分析；（F）預(yù)測1年、3年或5年生存率的諾模圖；（G-H）諾模圖預(yù)測1、3、5年生存率的時間相關(guān)ROC曲線；（I-J）IDH突變預(yù)測1、3、5年生存率隨時間變化的ROC曲線。（C、G、I為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，D、H、J為驗證數(shù)據(jù)集）
全文小結(jié)
作者首次觀察到GASC與M2巨噬細(xì)胞和免疫檢查點（PD-1、PD-L1、PD-L2、TIM3、Galectin-9、CTLA-4、CD80、CD86、CD155和CIITA）水平呈正相關(guān)，并與所有膠質(zhì)瘤組和HGG組的GASC評分呈正相關(guān)。GASCs通過M2巨噬細(xì)胞刺激膠質(zhì)瘤惡性轉(zhuǎn)化，并與膠質(zhì)瘤微環(huán)境中免疫檢查點的水平相關(guān)。高GASC組DR3和CIITA拷貝數(shù)變異較高，THY1甲基化降低，可作為膠質(zhì)瘤的預(yù)后指標(biāo)和治療靶點。然而，GASCs在膠質(zhì)瘤微環(huán)境，尤其是在HGG中的潛在機制，以及GASCs構(gòu)建的風(fēng)險評分作為膠質(zhì)瘤預(yù)后的獨立預(yù)測因子，還需要進(jìn)一步的研究來證實。
