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腫瘤微環(huán)境（TME）對患者的臨床治療和免疫應(yīng)答有重要影響。2021年6月，Nathan Fowler等人在Cancer Cell上發(fā)表了題為“Conserved pan-cancer microenvironment subtypes predict response to immunotherapy”的研究論文，鑒定了4種在不同腫瘤中保守的TME亞型，有助于患者的精準(zhǔn)分型和個性化治療。后續(xù)附上文獻(xiàn)詳解以饋讀者。
臨床上，基因組水平的變異特征（基因突變、缺失、結(jié)構(gòu)變異等）有助于腫瘤治療方案的選擇。然而，其應(yīng)用僅局限于與腫瘤進(jìn)展密切相關(guān)的少數(shù)基因，而忽略了絕大部分基因的潛在作用?；蜣D(zhuǎn)錄水平的特征提供了解析腫瘤高度復(fù)雜性和異質(zhì)性的新視角，也為開發(fā)新的腫瘤標(biāo)志物和治療方案提供了參考。TME指腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生和生活的內(nèi)環(huán)境，不僅包括了腫瘤細(xì)胞本身，還有其周圍的免疫和炎癥細(xì)胞、腫瘤相關(guān)的成纖維細(xì)胞（CAF）、臨近間質(zhì)組織、微血管以及各種細(xì)胞因子和趨化因子。腫瘤細(xì)胞和其微環(huán)境密不可分，大量研究已經(jīng)證實TME與免疫治療之間的關(guān)聯(lián)，對TME的精準(zhǔn)分型可以更好地指導(dǎo)臨床治療。然而目前，通過整合分析基因組變異和轉(zhuǎn)錄特征來解析TME的研究依然匱乏，且缺少系統(tǒng)高效的工具供研究人員使用。為此，作者建立了基于轉(zhuǎn)錄特征的TME分型平臺，并結(jié)合不同TME亞型的基因組變異特征，搭建了便于訪問的可視化數(shù)據(jù)庫。
建立TME基因表達(dá)特征標(biāo)簽
基于已有報道，作者搜集了可以代表腫瘤細(xì)胞功能特征、免疫、基質(zhì)和其他組分的特征標(biāo)簽（knowledge-based functional gene expression signatures，F(xiàn)ges），建立一個由29個Fges來全面表征TME的模型，每個Fges中包含的基因只與特定的細(xì)胞類型或生物學(xué)功能相關(guān)（圖1）。通過ssGSEA計算各個Fges的相對活性，發(fā)現(xiàn)Fges具有高度的細(xì)胞類型特異性。比如，在腫瘤細(xì)胞中，用于表征增殖的Fges活性顯著高于正常細(xì)胞。在TCGA黑色素瘤數(shù)據(jù)集中分析發(fā)現(xiàn)，29個Fges主要分成兩類：一類是以T細(xì)胞為主的免疫相關(guān)標(biāo)簽；另一類是與TME相關(guān)的標(biāo)簽，如CAF等?；?9個Fges對腫瘤的分類結(jié)果與CIBERSORT、MCP-counter等一致，證實了分類的可靠性。
4類黑色素瘤TME亞型
基于29個Fges標(biāo)簽的相對活性，利用無監(jiān)督聚類法可將TCGA中的470個黑色素瘤樣本分成4類TME亞型，不同亞型之間的Fges活性有顯著差別，最終呈現(xiàn)出以免疫激活/抑制和腫瘤細(xì)胞基質(zhì)為主的TME特征（圖2）。4類TME亞型主要特征如下：
immune-enriched， fibrotic （IE/F）：類似immune-excluded；血管生成和CAF相關(guān)的Fges的激活；
immune-enriched， non-fibrotic （IE）：高度免疫激活狀態(tài)；腫瘤突變負(fù)荷（TMB）高；CD8+ T/Tregs比值和M1/M2巨噬細(xì)胞比值均為最高；JAK/STAT信號通路活性增強；預(yù)后顯著優(yōu)于F和D亞型；PD-L1表達(dá)水平上調(diào)；immune-inflamed；
fibrotic（F）：少量白細(xì)胞和淋巴細(xì)胞；血管生成和CAF相關(guān)的Fges的激活；TGF-beta、EMT及腫瘤轉(zhuǎn)移信號通路活性增強；與不良預(yù)后相關(guān)；
immune-depleted（D）：少量白細(xì)胞和淋巴細(xì)胞；惡性細(xì)胞比例最高；染色體不穩(wěn)定性最高；與不良預(yù)后相關(guān)；immune-desert。
為了驗證分型可靠性，作者在其他23個黑色素瘤數(shù)據(jù)集中得到了類似的分類結(jié)果，F(xiàn)和D亞型的病人預(yù)后顯著差于其他亞型。
TME亞型在不同癌種間保守
將上述分析擴(kuò)展到TCGA數(shù)據(jù)庫中的8024個樣本（包含25類腫瘤），在去除組織特異性之后，同樣可以將所有樣本分為4類TME亞型（圖3）。生存分析表明，對于多數(shù)癌癥，IE和IE/F亞型的患者預(yù)后要優(yōu)于D和F亞型，且IE亞型與良好預(yù)后的關(guān)系更為顯著。當(dāng)然，該現(xiàn)象具有一定的癌癥特異性。比如，D亞型的宮頸鱗癌（CESC）患者，其預(yù)后與IE亞型并沒有顯著差別。結(jié)合腫瘤特異的臨床指標(biāo)，多因素分析表明TME亞型在多數(shù)癌種中可以作為獨立的預(yù)后指標(biāo)。
TME亞型可以預(yù)測腫瘤的免疫應(yīng)答
已有研究表明，免疫治療尤其是免疫檢查點阻斷的效果與T細(xì)胞浸潤、TMB以及腫瘤自身的抗原之間有密切聯(lián)系。為了探尋TME亞型對免疫治療是否有指導(dǎo)意義，作者在多個免疫治療數(shù)據(jù)集中（anti-CTLA-4，melanoma；anti-PD1，melanoma；anti-PD-L1，bladder cancer；anti-PD1，gastric cancer）比較了不同亞型病人的臨床預(yù)后情況（圖4）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，IE亞型的病人對免疫治療的應(yīng)答率顯著高于F亞型，同時也有更長的總體存活時間/無進(jìn)展生存期，表明TME亞型可以作為多種臨床免疫治療中病人應(yīng)答效果的潛在靶標(biāo)。
TMB與免疫應(yīng)答和病人預(yù)后存在關(guān)聯(lián)，然而作者發(fā)現(xiàn)在上述黑色素瘤數(shù)據(jù)集中，其與TME亞型并無顯著聯(lián)系。多因素整合分析表明TME亞型可以作為獨立于TMB的預(yù)后因子。結(jié)合TMB和TME亞型，可以更為準(zhǔn)確地預(yù)測病人的免疫應(yīng)答。以往研究報道了多種可以表征病人預(yù)后的基因標(biāo)簽，比如immunophenoscore、PD-L1、TCGA分子亞型等。盡管這些基因標(biāo)簽在特定數(shù)據(jù)集中與病人的免疫應(yīng)答相關(guān)，然而并沒有一個基因標(biāo)簽（包括TME亞型）能對不同來源病人進(jìn)行準(zhǔn)確分類。
免疫治療前后腫瘤TME亞型的動態(tài)變化
TME可以直接影響腫瘤的免疫治療效果，追蹤TME的動態(tài)變化可以指導(dǎo)臨床的精準(zhǔn)施藥。作者選擇了不同免疫治療前后的黑色素瘤患者作為分析對象，比較治療前后TME亞型的變化情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對anti-CTLA4產(chǎn)生免疫應(yīng)答的患者多為IE/F和IE亞型，而抵抗治療的多為F和D亞型（圖5）。在anti-PD1數(shù)據(jù)集中，產(chǎn)生免疫應(yīng)答的患者在治療前大多屬于IE/F或IE亞型，治療后維持原有亞型或更加immune-enriched的狀態(tài)；而抵抗治療的患者維持F或D亞型，或發(fā)展到immune-depleted/fibrotic的狀態(tài)。作者還發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生應(yīng)答的患者中，T/NK細(xì)胞相關(guān)的Fges活性在治療后顯著增強，表明治療激活了腫瘤的免疫環(huán)境。
TME亞型與腫瘤基因突變相關(guān)
基因/致癌通路的突變可以影響TME，作者發(fā)現(xiàn)染色體上編碼免疫基因或癌基因區(qū)域的結(jié)構(gòu)變異與TME亞型顯著相關(guān)（圖6）。免疫治療的靶基因PD-L1和PD-L2（9p24）在IE亞型的腫瘤中顯著擴(kuò)增，由此推測腫瘤內(nèi)重新激活的淋巴細(xì)胞可能促進(jìn)了這些免疫檢查點的上調(diào)。抗凋亡基因BCL2L1（20q11.21）在IE亞型的腫瘤中廣泛擴(kuò)增，而在F亞型中多為缺失。此外，IE亞型的腫瘤中與DNA損傷修復(fù)相關(guān)的基因具有更高頻率的突變，推測可能會產(chǎn)生較多的新抗原，從而響應(yīng)免疫治療。在此基礎(chǔ)上，作者整合了已知的基因突變靶點，結(jié)合TME分型可以進(jìn)一步地指導(dǎo)臨床治療。值得注意的是，在泛癌水平上并沒有發(fā)現(xiàn)一些基因特定類型的變異在4類TME亞型中明顯富集，推測可能與各癌種自身特性以及TCGA中不同癌種規(guī)模大小有關(guān)。
TME亞型分子特征數(shù)據(jù)庫
前文分析中，作者鑒定了4類在泛癌水平上保守的TME亞型，并比較了不同亞型腫瘤的分子特征和病人預(yù)后。為了更加直觀地展示不同亞型乃至個別病人的TME特性，作者搭建了便于訪問的數(shù)據(jù)庫（https://science.bostongene.com/tumor-portrait/）。訪問時，用戶可根據(jù)個人需求選擇特定癌種，隨后可以直觀地獲得不同病人的TME詳情以及潛在的治療靶點（圖7）。此外，用戶還可以自定義地分析不同TME亞型病人在具體分子通路上的差異，并完成在線繪圖。
小結(jié)
TME對腫瘤的治療效果有巨大影響。Nathan Fowler等人系統(tǒng)地解析了TCGA數(shù)據(jù)庫中多種癌種的TME特征，并鑒定出4類保守的TME亞型。不同的TME亞型與病人預(yù)后顯著相關(guān)，并可以預(yù)測腫瘤的免疫應(yīng)答，具有實際的臨床指導(dǎo)意義?？蒲蟹矫?，在已有TCGA腫瘤亞型（分子/免疫等）的基礎(chǔ)上，TME分型提供了解析腫瘤特征的新角度。此外，在作者搭建的數(shù)據(jù)庫中，用戶可下載~8000例腫瘤樣本的Fges數(shù)據(jù)，更加便于科研人員結(jié)合自身需求開展個性化研究。
