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大家好呀！今天給大家介紹一篇2022年1月發(fā)表在International Journal of Biological Sciences（IF:6.58）上的一篇文章。鐵死亡是一種又細(xì)胞內(nèi)鐵和脂質(zhì)活性氧（ROS）積累引起的細(xì)胞死亡模式，在腫瘤發(fā)生和發(fā)展中起到重要作用。然而癌癥中鐵死亡的潛在機(jī)制和生物標(biāo)志物仍有待研究。本研究分析了33種癌癥類型的鐵死亡相關(guān)信號(hào)通路中的30個(gè)鐵死亡調(diào)控因子。我們就來(lái)看下本篇文章都做了哪些分析吧~~~
Integrative analysis of the molecular mechanisms, immunological features and immunotherapy response of ferroptosis regulators across 33 cancer types
33種癌癥類型的鐵死亡調(diào)控因子的分子機(jī)制，免疫學(xué)特征和免疫治療反應(yīng)的綜合分析
結(jié)果：
1.鑒定33種癌癥類型中鐵死亡調(diào)控因子的轉(zhuǎn)錄水平變化和預(yù)后作用
從FerrDb數(shù)據(jù)庫(kù)，PubMed和Google Scholar和KEGG通路中篩選鐵死亡相關(guān)基因，將30個(gè)鐵絲網(wǎng)基因分為鐵死亡驅(qū)動(dòng)基因和鐵死亡抑制基因（圖1A）。33種癌癥類型的鐵死亡基因的表達(dá)水平分析發(fā)現(xiàn)GPX4,SLC7A11和GSS在一些癌癥中高表達(dá)，而ACSL1和ACSL4在一些癌癥中低表達(dá)（圖1B和1C）。TFRC是ACC,BLCA,CESC,KICH,KIRP,LGG,LIHC,PAAD和THCA等癌癥的危險(xiǎn)因子，GPX4是BRCA,CESC,THCA和UCEC的保護(hù)因子。蛋白-蛋白互作網(wǎng)絡(luò)圖表明SLC7A11和GCLC的表達(dá)水平相關(guān)性較高（圖1D和1E）。以上結(jié)果表明，鐵死亡基因在不同癌癥中表達(dá)水平，表達(dá)模型和預(yù)后不同，鐵絲網(wǎng)基因在不同癌癥中發(fā)揮重要作用。
2.鑒定和驗(yàn)證癌癥中鐵死亡調(diào)控因子的轉(zhuǎn)錄因子和靶向藥物
使用Cistrome數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)測(cè)鐵死亡調(diào)控因子的轉(zhuǎn)錄因子，鐵死亡調(diào)控因子與上游調(diào)控因子顯著相關(guān)（圖1F）。隨后作者研究鐵死亡調(diào)控因子的RNA復(fù)合物表達(dá)相關(guān)治療藥物的z-score并預(yù)測(cè)鐵死亡調(diào)控因子的藥物（包括環(huán)磷酰胺）。36種預(yù)測(cè)鐵死亡靶向藥物活性和鐵死亡調(diào)控因子表達(dá)水平的相關(guān)性如圖2所示。圖3A為環(huán)磷酰胺的三維結(jié)構(gòu)，圖3B為環(huán)磷酰胺與GPX4蛋白的分子對(duì)接位點(diǎn)。使用Swiss Target Prediction和Comparative Toxicogenomics數(shù)據(jù)庫(kù)查看環(huán)磷酰胺的靶點(diǎn)（圖3C）。此外，對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中共有的靶點(diǎn)進(jìn)行GO和KEGG富集分析（圖3D和3E）。
3.erastin處理組和GPX4敲除組和癌癥相關(guān)通路研究鐵死亡的分子機(jī)制
為了解鐵死亡調(diào)控因子的相互作用，作者鑒定GSE104462數(shù)據(jù)集中的差異表達(dá)基因（圖4A）。Erastin是鐵中毒誘導(dǎo)劑，erastin處理后肝癌細(xì)胞中鐵死亡調(diào)控因子上調(diào)或下調(diào)表達(dá)。對(duì)這些GO和KEGG通路富集分析，其中IL-1介導(dǎo)信號(hào)通路，IL-12響應(yīng)，DNA復(fù)制和調(diào)控等功能在erastin治療組中高度富集（圖4B和4C）。
隨后，作者對(duì)GSE147625數(shù)據(jù)集（GPX4野生組和GPX4敲除組）進(jìn)行差異分析（圖5A）。血管生成和蛋白激酶調(diào)控活性等功能顯著富集（圖5B和5C）。GSVA分析表明，G2/M檢查點(diǎn)和TNF-α介導(dǎo)NF-kB信號(hào)通路具有高度差異通路打分。為了進(jìn)一步了解鐵死亡調(diào)控因子對(duì)癌癥的影響，作者研究鐵死亡調(diào)控因子和50條癌癥核心通路的關(guān)系（圖6A）。TP53,FTL和SLC40A1與炎癥反應(yīng)和IL2/STAT5信號(hào)通路正相關(guān)。ALOX15,TP53和SLC40A1與MYC靶點(diǎn)和DNA修復(fù)通路負(fù)相關(guān)。
4.鐵死亡調(diào)控因子與免疫原性特征的相關(guān)性
使用ESTIMATE算法計(jì)算33種癌癥類型的基質(zhì)打分，免疫打分，ESTIMATE打分和腫瘤純度并計(jì)算打分與鐵死亡調(diào)控因子表達(dá)水平的相關(guān)性（圖6B）。HMOX1,FTL,SAT1和ATG7表達(dá)水平與免疫打分，基質(zhì)打分，ESTIMATE打分和腫瘤純度高度相關(guān)（圖6B）。使用CIBERSORT算法計(jì)算免疫細(xì)胞浸潤(rùn)水平并研究其與鐵死亡調(diào)控因子表達(dá)水平的相關(guān)性（圖6C和6E）。GPX4與M1巨噬細(xì)胞，M2巨噬細(xì)胞，活化肥大細(xì)胞，靜息記憶CD4+ T細(xì)胞顯著正相關(guān)，與M0巨噬細(xì)胞，靜息肥大細(xì)胞，濾泡T細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞負(fù)相關(guān)（圖6C）。47種常見(jiàn)免疫檢查點(diǎn)基因表達(dá)水平與鐵死亡調(diào)控因子的相互作用如圖6D和6F所示。
5.鐵死亡打分的預(yù)后價(jià)值
使用GSVA計(jì)算鐵死亡調(diào)控因子的打分，不同癌癥類型的鐵死亡打分與鐵死亡調(diào)控因子表達(dá)水平如圖7A所示，大部分鐵死亡調(diào)控因子與鐵死亡打分正相關(guān)。TCGA樣本鐵死亡打分在泛癌種中的表達(dá)水平相關(guān)性如圖7B所示。癌癥組織中鐵死亡調(diào)控因子的表達(dá)水平較低（圖7C）。在LUAD,PRAD,BLCA,KIRP,BRCA,CHOL,KIRC,THCA和HNSC中腫瘤組織的鐵死亡調(diào)控因子表達(dá)水平下調(diào)（圖7D）。作者使用GSE121689,GSE31060和GSE104462三個(gè)數(shù)據(jù)集研究鐵死亡驅(qū)動(dòng)因子和抑制因子作用下癌癥樣本鐵死亡打分的變化（圖7E-7G）。結(jié)果表明，erastin和sorafenib可以上調(diào)鐵死亡打分，而ferrostatin-1會(huì)下調(diào)鐵死亡打分。
接下來(lái)，作者研究鐵死亡打分的臨床作用。使用X-tile將樣本分為鐵死亡打分-高組和鐵死亡打分-低組。KIRP,LAML,THCA,THYM,UCS和UVM癌癥的鐵死亡打分-高組生存較差而SKCM癌癥的鐵死亡打分-低組生存較好（圖8A）。KM分析表明除了SKCM之外的其他癌癥鐵死亡打分-高組患者預(yù)后較差（圖8C）。對(duì)THCA數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析，根據(jù)臨床特征將THCA分為兩組（圖8B）。2年，4年，6年和8年的ROC曲線的AUC分別為0.64，0.79，0.67和0.67（圖8D和8E）。隨TNM分期的增加SKC3A2,VDAC2和SLC7A11的表達(dá)水平逐漸增加而SLC40A1的表達(dá)水平下降（圖8F）。MSI，TMB和免疫檢查點(diǎn)與貼死亡打分的相關(guān)性如圖8G-8I所示。
6.免疫治療數(shù)據(jù)集中鐵死亡打分-高組和鐵死亡打分-低組免疫治療反應(yīng)和免疫原性特征
為進(jìn)一步驗(yàn)證鐵死亡打分在免疫治療反應(yīng)和免疫原性特征中的作用，作者使用SKCM DFCI隊(duì)列進(jìn)行分析。接受免疫治療后鐵死亡打分-高組的生存較好（圖9A和9B）。1年，2年和3年ROC曲線的AUC為0.59，0.6和0.75（圖9C和圖9E-圖9G）。使用年齡，性別和鐵死亡打分構(gòu)建列線圖（圖9D）。腫瘤免疫微環(huán)境和鐵死亡打分的相關(guān)性如圖9J-9N和圖10所示。
接下來(lái)，作者分析鐵死亡打分與腫瘤免疫特征的相關(guān)性。鐵死亡打分-高組的免疫浸潤(rùn)打分，HLA表達(dá)水哦，CD8 T細(xì)胞和TIL細(xì)胞浸潤(rùn)水平較高（圖9J-9N和圖10A-10F）。GSEA分析表明鐵死亡打分與免疫相關(guān)通路正相關(guān)（圖10G-10H）。
結(jié)論：
本研究作者系統(tǒng)的鑒定到了30個(gè)鐵死亡調(diào)控因子，綜合分析了鐵死亡調(diào)控因子在33種癌癥類型中的轉(zhuǎn)錄水平差異和蛋白水平差異并構(gòu)建蛋白-蛋白互作網(wǎng)絡(luò)。鐵死亡調(diào)控因子與癌癥標(biāo)志通路顯著相關(guān)?；贕SVA計(jì)算鐵死亡打分，鐵死亡打分是獨(dú)立預(yù)后因子，鐵死亡打分-高組患者的生存較差。本篇文章的亮點(diǎn)在于作者全面分析了33種癌癥類型中鐵死亡調(diào)控因子的轉(zhuǎn)錄水平差異并構(gòu)建鐵死亡打分可以預(yù)測(cè)癌癥患者的生存情況。
參考文獻(xiàn)：
Tang B, Yan R, Zhu J, Cheng S, Kong C, Chen W, Fang S, Wang Y, Yang Y, Qiu R, Lu C, Ji J. Integrative analysis of the molecular mechanisms, immunological features and immunotherapy response of ferroptosis regulators across 33 cancer types. Int J Biol Sci 2022; 18(1):180-198. doi:10.7150/ijbs.64654
