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導(dǎo)讀
壞死性凋亡是一種由RIP1和RIP3介導(dǎo)的程序性細胞死亡，其特征是胞漿內(nèi)容物大量滲漏和細胞器腫脹。越來越多的證據(jù)表明，壞死性凋亡在癌癥的發(fā)病機制中起著不可或缺的作用。壞死性凋亡調(diào)節(jié)因子的轉(zhuǎn)錄變化對乳腺癌、結(jié)直腸癌、慢性淋巴細胞白血病和膠質(zhì)母細胞瘤等癌癥的預(yù)后有很大影響。本文探討了肺腺癌(LUAD)壞死性凋亡的免疫和表觀遺傳突變格局，確定新的分子表型，并開發(fā)基于壞死性凋亡的預(yù)后評分系統(tǒng)，以更好地了解LUAD的腫瘤免疫微環(huán)境(TIME)。
結(jié)果解讀
在TCGA-LUAD隊列中，作者通過R包“DESeq2”鑒定出30個差異表達的壞死性凋亡基因。為了揭示LUAD中壞死性凋亡調(diào)節(jié)因子的表觀基因組特征，作者分析了甲基化水平。結(jié)果表明，DNA啟動子甲基化與TERT和GATA3轉(zhuǎn)錄表達水平呈負相關(guān)，而BACH2與其甲基化水平呈正相關(guān)。對拷貝數(shù)值的研究表明，30個調(diào)節(jié)子中存在異常變化，其中TERT和OTULIN具有廣泛的CNV擴增頻率，而CDKN2A在LUAD中顯示顯著的CNV缺失。在根據(jù)cBioPortal進行的泛癌突變分析中，CDKN2A的突變類型最多，缺失最深，其次是TERT、TRIM和ZBP，擴增頻率為11%。在561例LUAD患者中，有111例發(fā)生了壞死性凋亡相關(guān)基因突變，突變頻率為19.79%。但突變頻率最高的是ALK，其次是CDKN2A，剪接位點僅見于CDKN2A和IDH1。上述結(jié)果有力地表明，跨壞死凋亡調(diào)控基因的失衡與LUAD的發(fā)生有關(guān)。
應(yīng)用基于K-Means的非監(jiān)督學(xué)習(xí)方法對29例的壞死性凋亡的調(diào)節(jié)分子進行分類。主成分分析證實，有三個聚集亞型（A、B、C簇）在表達水平上可能是與壞死性凋亡相關(guān)的分子。熱圖顯示了壞死性凋亡調(diào)節(jié)因子的表達變化。與壞死性凋亡相關(guān)的基因在C簇中的表達水平最高，其次是B簇，然后是A簇。然而，患者的年齡在表型之間的分布沒有統(tǒng)計學(xué)意義。對三種主要壞死性凋亡表型的KM生存分析顯示，B群的預(yù)后優(yōu)勢相對突出。單因素和多因素Cox比例風(fēng)險回歸模型顯示，B組和C組均可預(yù)測LUAD患者的總生存期。此外，年齡和分期也是生存的潛在預(yù)測因素。
由于腫瘤免疫在腫瘤進展和細胞增殖中起著至關(guān)重要的作用，作者首先推測不同亞型的腫瘤免疫微環(huán)境可能是不同的。所以作者首先研究了壞死性凋亡表型與免疫調(diào)節(jié)劑和免疫檢查點之間的相關(guān)性。壞死性凋亡對腫瘤免疫微環(huán)境的影響結(jié)果表明，趨化因子（如CCL11、CCR1、CXCL10和PPBP）在B和C簇中的表達水平顯著上調(diào)。在B和C群中，白細胞介素素、干擾素和一些其他細胞因子的表達也增加，而A簇則下調(diào)免疫分子的水平。與A簇和B簇相比，C簇中有7個免疫分子中的表達最高，這些分子都是免疫治療的潛在靶點包括CD274(PD-L1)、PDCD1(PD-1)、CD247、PDCD1LG2(PD-L2)、CTLA-4、TNFRSF9和TNFRSF4。作者進一步調(diào)查了20種免疫細胞的浸潤水平。對基因特征的探索表明，免疫細胞在B簇中的浸潤率顯著高于C簇，而在A簇中免疫細胞的比例比較低，如CD4+幼稚T細胞、濾泡輔助T細胞和M1巨噬細胞。活化的記憶CD4+T細胞在B簇中的豐度最低，而在A、C簇中的豐度較高。用ssGSEA算法計算了抗腫瘤免疫反應(yīng)事件中免疫周期信號的得分。其中集群B和C中得分較高，但在集群A中表現(xiàn)出特別低的水平。
作者進一步探索了LUAD分子表型的基因組差異，包括突變特征、SNV和轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的活性。研究發(fā)現(xiàn)，集群A和集群C的TMB顯著較高。為了進一步分析這些簇之間的轉(zhuǎn)錄差異，作者調(diào)查了LUAD特異性轉(zhuǎn)錄因子和與潛在調(diào)控因子（與癌癥染色質(zhì)重塑相關(guān)）的關(guān)系。作者證實了這三個壞死性凋亡亞群的生物學(xué)相關(guān)性，因為調(diào)節(jié)子活性與這些亞群密切相關(guān)。與癌變?nèi)旧|(zhì)重塑相關(guān)的調(diào)節(jié)子活性信息顯示壞死性凋亡亞群表型之間具有不同的調(diào)控模式，表明表觀遺傳驅(qū)動的轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)可能是這些簇的重要分化因素。另外作者發(fā)現(xiàn)，簇A和C也具有相似的調(diào)節(jié)模式，而簇A顯示出更高的SIRT1、SIRT4和SIRT5活性。同時，SIRT1、CLOCK、EP300、HDAC5、SIRT4、SIRT2、HDAC10和HDAC8的調(diào)控子在簇B中顯著豐富。
作者除了探索壞死性凋亡三種表型之間基因表達的差異，還分析了幾種與癌癥相關(guān)的信號通路的特點，這有助于理解潛在的潛在調(diào)控機制和可用藥通路。在泛癌分析中，壞死性凋亡調(diào)節(jié)分子與細胞周期、細胞周期A、EMT-A和激素AR-A等激活通路相關(guān)，但會抑制細胞周期I、激素AR/ER-I和RTK-I等功能。在LUAD中，大多數(shù)壞死性凋亡相關(guān)基因與激活了細胞周期、EMT和凋亡等通路有關(guān)，與抑制激素ER和RTK信號有關(guān)。作者還篩選在壞死性凋亡作用的30個調(diào)控因子中的中樞基因。結(jié)果表明，TNFRSF21的比重最高，其次是Diablo和TRAF2。為了分析這些不同的壞死性凋亡表型的生物學(xué)行為，作者進行了GSVA富集分析。如下圖所示，簇A顯著富集到RNA聚合酶、氨基酰tRNA生物合成、同源重組和DNA復(fù)制。在B簇中，Noch、NRF2、RAS和TGFb的得分較高，而在C簇中，細胞周期和TP53信號通路被激活。這提示了壞死性掉啊王在塑造腫瘤免疫微環(huán)境和免疫應(yīng)答方面的重要意義，進一步提示了壞死性凋亡在LUAD化療和免疫治療中的潛在應(yīng)用前景。
然后，作者開發(fā)了一種名為NecroScore的評分系統(tǒng)，基于與壞死性凋亡相關(guān)的分子來衡量LUAD患者的壞死性凋亡水平。通過比較三種亞型之間的NecroScore水平，通過Welch單因素方差檢驗發(fā)現(xiàn)，NecroScore在C簇中最高，其次是A簇，然后是B簇。根據(jù)TCGA和GEO隊列中的KM生存分析，NecroScore高的患者比NecroScore低的患者預(yù)后更差。高NecroScore組的不吸煙率較高，晚期患者較多，但年齡和性別分布無統(tǒng)計學(xué)差異。單變量COX模型顯示年齡、病理分期和NecroScore與生存結(jié)局顯著相關(guān)。通過t檢驗確定低NecroScore患者與高NecroScore患者相比具有顯著的治療優(yōu)勢。在三個獨立的預(yù)后因素中，腫瘤分期與患者預(yù)后最為相關(guān)，其次是年齡，然后是NecroScore。此外，作者還發(fā)現(xiàn)，低TMB和高NecroScore的患者預(yù)后較差，而高TMB和低NecroScore的患者表現(xiàn)出明顯的預(yù)后優(yōu)勢。
作者分析了壞死性凋亡相關(guān)分子與LUAD治療的臨床療效之間的關(guān)系。根據(jù)GDSC的藥物反應(yīng)數(shù)據(jù)，BAHC2、LEF1、DNMT1、TERT、TNFRSF1B、TNFSF10、MPG和ALK等基因與藥物具有協(xié)同作用，而Panx1、Ax1、SLC39A7、TNFRSF21和ID1與藥物具有拮抗作用。鑒于壞死性凋亡的調(diào)節(jié)分子在化療中的重要性，作者進一步分析了NecroScore能否準(zhǔn)確預(yù)測LUAD患者的化療敏感性。結(jié)果表明，NecroScore越高，順鉑、多西紫杉醇和紫杉醇等幾種LUAD特異性藥物的IC50（半抑制濃度）越低。相反，NecroScore低的患者可能對erlotinib(酪氨酸激酶抑制劑/TKI)、gefitinib (EGFR-TK抑制劑)和lapatinib (TKI)更敏感。
全文總結(jié)：
這項研究描繪了LUAD腫瘤微環(huán)境中壞死性凋亡的免疫格局。這三種表型可以區(qū)分LUAD的臨床特征、免疫浸潤和體細胞突變特征。作者建立的NecroScore評分系統(tǒng)可在一定程度上預(yù)測患者預(yù)后和化療療效。另外用多組學(xué)方法對個體腫瘤壞死性凋亡模式進行綜合評估，將加深我們對腫瘤免疫微環(huán)境的理解，并制定更有效的免疫治療策略。
