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今天給大家分享一篇2022年12月14日發(fā)表在Frontiers in Immunology上，脂肪酸代謝與胃癌免疫微環(huán)境變化有關(guān)的文章。
Fatty acid metabolism is related to the immune microenvironment changes of gastric cancer and RGS2 is a new tumor biomarker
脂肪酸代謝與胃癌免疫微環(huán)境變化有關(guān)，RGS2是一種新的腫瘤生物標(biāo)志物
一．研究背景
胃癌是最常見的惡性消化系統(tǒng)腫瘤之一，具有異質(zhì)性高、預(yù)后差的特點(diǎn)。肝臟是胃癌腫瘤最常受轉(zhuǎn)移的器官，肝轉(zhuǎn)移后，生存率僅為20%。近年來胃癌新輔助化療和免疫治療的發(fā)展，在一定程度上改善了胃癌的診斷和預(yù)后，但仍需進(jìn)一步改善。為此，需要開發(fā)新的腫瘤標(biāo)志物、治療靶點(diǎn)和治療策略。
越來越多的證據(jù)表明，脂質(zhì)代謝（脂肪酸代謝）的改變是癌細(xì)胞的標(biāo)志和代謝表型。阻斷脂質(zhì)對癌細(xì)胞的供應(yīng)對癌細(xì)胞的生物能學(xué)、膜生物合成和細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有重要影響。對胃癌腫瘤微環(huán)境代謝變化的研究可能會提供一個(gè)新的標(biāo)志物或治療靶點(diǎn)，以改善胃癌的預(yù)后和治療。
近年來，抑制脂肪酸合成作為一種潛在的癌癥治療策略引起了人們的關(guān)注，但尚未在臨床實(shí)踐中實(shí)施。脂質(zhì)代謝在胃癌中的作用此前也未被廣泛研究。因此，作者在此對脂肪酸紊亂相關(guān)基因在胃癌中的表達(dá)及其意義進(jìn)行了深入研究。鑒定了胃癌中脂肪酸代謝相關(guān)基因的差異表達(dá)，并基于一致性聚類分析確定了兩個(gè)亞型。通過對不同亞型的差異表達(dá)基因進(jìn)行單因素Cox回歸分析，構(gòu)建預(yù)后特征（FRAS）模型，并將其作為胃癌的潛在分子標(biāo)記物，以識別免疫浸潤和基因組不穩(wěn)定性模式。通過FeaturePlot可視化顯示模型基因在細(xì)胞群中的表達(dá)和分布，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。隨后選擇“核心基因”RGS2進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，評估RGS2蛋白表達(dá)水平與胃癌患者預(yù)后的關(guān)系。最后，作者還討論了RGS2基因在多種癌癥類型中的生物學(xué)意義，以充分了解脂肪酸代謝在胃癌中的作用，為有效治療提供理論依據(jù)。
二．研究結(jié)果
1、脂肪酸相關(guān)基因在腫瘤組織中的差異表達(dá)及其生物學(xué)功能
作者從TCGA-STAD隊(duì)列中獲得的373個(gè)STAD腫瘤樣本和32個(gè)癌旁樣本進(jìn)行差異基因分析，共發(fā)現(xiàn)3857個(gè)差異表達(dá)基因。通過與脂肪酸相關(guān)基因集取交集，共鑒定出78個(gè)脂肪酸相關(guān)的差異表達(dá)基因（圖1A，B）。蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)表明HSP90AA1、EPHX2、ACOX2、ACADM、ACLY等基因在網(wǎng)絡(luò)中具有較高的連通性（圖1C）。隨后，作者根據(jù)差異表達(dá)脂肪酸代謝相關(guān)基因的表達(dá)水平之間的相關(guān)性，將這些基因分為三組（圖1D）。作者還發(fā)現(xiàn)這些基因主要富集在參與長鏈脂肪酸代謝、脂肪酸生物合成、類二十烷代謝、烯烴代謝和不飽和脂肪酸代謝等通路中（圖1E-H）。
2. 基于脂肪酸代謝相關(guān)基因的分子亞型鑒定
作者根據(jù)78種不同脂肪酸代謝相關(guān)基因的表達(dá)模式，對TCGA胃癌數(shù)據(jù)中的腫瘤樣本進(jìn)行一致性聚類，以確定表達(dá)模式相似的亞型。根據(jù)一致性聚類的結(jié)果圖，作者將這些樣本分為兩個(gè)亞型（圖2A-C）。并且發(fā)現(xiàn)不同亞型患者的生存時(shí)間存在顯著差異，Cluster2患者的預(yù)后較Cluster1患者差（圖2D）。此外，作者利用ssGSEA計(jì)算血管生成相關(guān)通路的評分，發(fā)現(xiàn)不同脂肪酸代謝相關(guān)分子亞型之間的血管生成相關(guān)通路得分存在顯著差異（圖2E）。并且，也在HE染色的胃癌組織中，也觀察到大量血管富集（圖2F）。隨后，作者也觀察到這兩個(gè)亞型中，免疫細(xì)胞浸潤、免疫評分、基質(zhì)評分和腫瘤純度具有顯著差異（圖2G、2H）。
3. 脂肪酸代謝相關(guān)預(yù)后特征（FARS）的構(gòu)建與外部獨(dú)立驗(yàn)證集驗(yàn)證
作者在兩個(gè)亞型之間共鑒定出515個(gè)差異表達(dá)基因。根據(jù)單因素Cox回歸分析發(fā)現(xiàn)有146個(gè)基因與總體生存相關(guān)。隨后，使用LASSO-Cox回歸分析后篩選出8個(gè)基因構(gòu)建脂肪酸代謝相關(guān)預(yù)后signature（圖3A-C）。
作者為每位患者計(jì)算評分并發(fā)現(xiàn)高評分患者的生存概率顯著低于低評分患者（圖3D, E）。隨后，進(jìn)行了時(shí)間依賴性ROC分析，1年的AUC為0.627, 2年的AUC為0.643, 3年的AUC為0.631，說明該模型具有較好的預(yù)測效果（圖3F）。在單因素Cox分析中，脂肪酸代謝相關(guān)評分與生存顯著相關(guān)。在校正其他混雜因素后，多因素Cox分析顯示該評分為獨(dú)立預(yù)測因子（圖3G）。
為了驗(yàn)證模型的穩(wěn)定性，作者還在GSE13861數(shù)據(jù)集和GSE26899數(shù)據(jù)集上計(jì)算了各樣本的評分，發(fā)現(xiàn)與TCGA的結(jié)果一致，評分高的患者生存概率低于評分低的患者（圖3H, I, L, M）。此外，預(yù)后模型顯示，GSE13861數(shù)據(jù)集的1年AUC為0.695,2年AUC為0.667,3年AUC為0.685（圖3J）， GSE26899數(shù)據(jù)集的1年AUC為0.705,2年AUC為0.676,3年AUC為0.658（圖3N）。在驗(yàn)證集中，單因素Cox分析表明評分與總體生存存在顯著相關(guān)性；多因素Cox分析顯示評分為獨(dú)立預(yù)測因子（圖3K, O）。
4. FARS與腫瘤的臨床特征相關(guān)
作者發(fā)現(xiàn)幽門螺桿菌感染患者的評分明顯高于未感染的患者，并且腫瘤等級越高，評分越高，預(yù)后越差（圖4A）。CIBERSORT算法評估的免疫細(xì)胞浸潤顯示， Mast_cells_activated、Dendritic_cells_resting和Macrophages_M0，與FARS評分顯著相關(guān)（圖4B）。并且發(fā)現(xiàn)免疫檢查點(diǎn)基因 CD276、CTLA4、PDCD1、PDCD1LG2在高評分組的表達(dá)水平明顯較高（圖4C）。隨后，作者發(fā)現(xiàn)FRAS評分與EMT2、EMT3和PanFTBRS顯著相關(guān)，而PanFTBRS促進(jìn)胃癌細(xì)胞的EMT過程（圖4D）。作者還進(jìn)一步評估FRAS評分與化療耐藥的關(guān)系，并使用prophetic包計(jì)算高FRAS和低FRAS的化療耐藥差異，發(fā)現(xiàn)高FRAS組與低FRAS組bortezomib、elesclomol和nilotinib的IC50值存在顯著差異，低FRAS組化療效果更強(qiáng)（圖4E）。
5. 單細(xì)胞數(shù)據(jù)集分析
使用胃癌的單細(xì)胞數(shù)據(jù)集（GSE142750），基于t-SNE分析對細(xì)胞進(jìn)行分組和注釋。共107597個(gè)細(xì)胞被分成13個(gè)簇，最后注釋為內(nèi)皮細(xì)胞和成纖維兩個(gè)細(xì)胞類型（圖5A）。然后，將每個(gè)聚類中排名前5位的標(biāo)記基因聯(lián)合，繪制熱圖，未檢測到所構(gòu)建模型中包含的基因（圖5B）。
利用Feature plot顯示模型基因在細(xì)胞群中的表達(dá)和分布。結(jié)果顯示，RGS2和DUSP1在細(xì)胞群中顯著表達(dá)，CXCR4、SLCO2A1和FNDC1三個(gè)模型基因表達(dá)微弱，說明這兩個(gè)顯著表達(dá)的模型基因可以作為癌癥的標(biāo)記基因（圖5C）。
6. RGS2在胃癌中的生物學(xué)意義
作者發(fā)現(xiàn)胃癌中RGS2的高表達(dá)與較短的生存時(shí)間顯著相關(guān)（圖6A）。TME評分顯示，RGS2高表達(dá)與stomalscore、immunscore、estimatscore呈正相關(guān)，表明免疫反應(yīng)較差（圖6B）。免疫細(xì)胞浸潤相關(guān)分析顯示，22種免疫細(xì)胞中10種免疫細(xì)胞的表達(dá)與RGS2的表達(dá)相關(guān)（圖6C）。作者基于臨床病理特征分析發(fā)現(xiàn)，RGS2高表達(dá)代表惡性程度較高（圖6D, E）。隨后，作者分析了RGS2表達(dá)水平與免疫檢查點(diǎn)相關(guān)基因的關(guān)系（圖6F）。作者還發(fā)現(xiàn)，RGS2高表達(dá)組腫瘤突變負(fù)荷較低，增加了患者接受免疫檢查點(diǎn)抑制劑獲益的難度（圖6G）。并且，作者發(fā)現(xiàn)RGS2高表達(dá)組的TIDE評分明顯高于低表達(dá)組（圖6H）。這也說明RGS2高表達(dá)更容易導(dǎo)致免疫功能障礙和免疫排斥反應(yīng)。最后，作者檢測了GES-1胃粘膜細(xì)胞和AGS、HGC-27、MKN-1、MKN-45胃癌細(xì)胞系中RGS2 mRNA和蛋白的表達(dá)水平。他們發(fā)現(xiàn)RGS2在胃癌細(xì)胞系中的表達(dá)在mRNA水平和蛋白水平上均高于GES-1（圖6I）。免疫熒光染色顯示RGS2在胃癌細(xì)胞株AGS和MKN45中均有高表達(dá)，且大部分位于細(xì)胞質(zhì)中（圖6J）。為了驗(yàn)證RGS2在胃癌中的表達(dá)，作者通過免疫組化染色發(fā)現(xiàn)，RGS2在胃癌的不同臨床分期均有不同程度的表達(dá)，且隨著分期的增加，RGS2累積越多（圖6K）。
7. RGS2在其他癌癥類型中的生物學(xué)意義
作者進(jìn)行泛癌分析，發(fā)現(xiàn)RGS2在多種腫瘤類型中均有表達(dá)（圖7A, B）。并且發(fā)現(xiàn)RGS2的表達(dá)與BLAC、KIRC、LIHC、SKCM、STAD、THCA和THYM的總生存時(shí)間顯著相關(guān)（圖7C）。RGS2的表達(dá)與無病生存期（DFS）之間也沒有顯著差異（圖7D）。RGS2的表達(dá)與疾病特異性生存在ACC、BLCA、KIRC、PRAD、SKCM、STAD、THYM中存在相關(guān)性（圖7E），RGS2的表達(dá)與無進(jìn)展生存在ACC、KIRC、THYM中也存在顯著相關(guān)性（圖7F）。作者分析RGS2與TMB,MSI之間的相關(guān)性,并發(fā)現(xiàn)它在TGCT,STAD, PAAD, COAD,CESC中存在顯著相關(guān)性,這表明它可以檢測上述腫瘤的免疫治療（圖7G,H）。最后，作者還發(fā)現(xiàn)RGS2在大多數(shù)腫瘤中與免疫細(xì)胞浸潤水平密切相關(guān)，提示RGS2在腫瘤微環(huán)境中參與了腫瘤免疫應(yīng)答的調(diào)節(jié)（圖7I）。
三、總結(jié)
這篇文章到這就分享結(jié)束了，是不是思路超級簡單?。。∽髡咭员容^火熱的脂肪酸代謝與腫瘤的關(guān)系作為切入點(diǎn)，結(jié)合TCGA與GEO胃癌bulk轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)以及單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)開發(fā)了FRAS評分系統(tǒng)，并篩選到了胃癌的新靶點(diǎn)RGS2，隨后研究該基因在泛癌中的生物學(xué)意義。還等什么，大家趕快行動起來?。?！
