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細(xì)胞衰老（CS）定義為細(xì)胞周期的不可逆停止，越來(lái)越多的證據(jù)表明衰老微環(huán)境與癌癥的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。因此，研究不同癌癥類型中CS的作用十分重要，有助于改善針對(duì)腫瘤的衰老靶向治療。這篇文章主要是研究33種癌癥類型和29種正常組織的CS狀態(tài)并整合單細(xì)胞數(shù)據(jù)集研究CS相關(guān)表型。
結(jié)果：
1.在泛癌水平下描述衰老景觀
作者收集來(lái)自164個(gè)細(xì)胞系（1259個(gè)基因）的復(fù)制性細(xì)胞衰老基因集并使用GSVA評(píng)估樣本中CS相關(guān)的正相關(guān)基因和負(fù)相關(guān)基因活性，將CS打分定義為兩種活性的差異（圖1A）。CS打分與致癌基因的表達(dá)水平負(fù)相關(guān)，包括Myc和E2F調(diào)控基因，而與腫瘤抑制基因的表達(dá)水平正相關(guān)，包括RB調(diào)控基因（圖1B）。接下來(lái)，作者使用TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)的33種癌癥數(shù)據(jù)分析不同癌癥類型的組織特異性衰老水平（圖1C）。其中，來(lái)源于泌尿系統(tǒng)，腺體和軟組織的癌細(xì)胞的CS打分較高，而來(lái)自生殖器官的腫瘤的CS打分較低。此外，作者分析GTEx數(shù)據(jù)庫(kù)不同組織的CS打分，結(jié)果與之類似（圖1D）。CS打分分布表明組織類型可能是影響癌癥衰老程度的重要因素。此外，原發(fā)性腫瘤的CS打分較低但與正常樣本相比差異較大（圖1E）。
2.衰老水平與癌癥類型特異性基因組變異有關(guān)
隨后，作者研究衰老水平與CNVs和SNVs的相關(guān)性。其中，CS打分與CNV打分顯著負(fù)相關(guān)，癌癥類型特異性分析表明CS打分與20種癌癥存在顯著相關(guān)性（圖2A）。接下來(lái)，作者分析不同癌癥類型中CNV的擴(kuò)增和缺失與CS打分的相關(guān)性（圖2B和2C）。對(duì)于SNV來(lái)說(shuō)，作者使用多元線性回歸模型鑒定到CS打分與15種癌癥類型顯著相關(guān)（圖2D）。由于PRAD的CS水平較高，因此作者進(jìn)一步分析PRAD的低CS組和高CS組的突變差異情況。其中低CS組的患者微衛(wèi)星不穩(wěn)定性（MSI）較高，錯(cuò)義突變是主要的突變類型。為了研究驅(qū)動(dòng)基因突變?cè)诟逤S組和低CS組的差異情況，研究?jī)山M種突變水平最高的癌基因（圖2E和2F）。此外，作者鑒定到PRAD中CS水平與DNA修復(fù)缺陷和腫瘤干性指數(shù)顯著相關(guān)（圖2G）。
3.衰老微環(huán)境與癌癥特異性免疫特征相關(guān)性
由于細(xì)胞衰老特征是釋放過(guò)多的衰老相關(guān)分泌表型（SASP）因子來(lái)促進(jìn)腫瘤免疫的，因此作者評(píng)估衰老水平與SASP相關(guān)細(xì)胞因子的關(guān)系（圖3A）。CIBERSORT分析表明，在大多數(shù)癌癥類型中，總免疫細(xì)胞浸潤(rùn)豐度與CS打分顯著相關(guān)，而特異性免疫細(xì)胞浸潤(rùn)水平具有癌癥類型特異性（圖3B）。此外，作者鑒定CS打分與免疫檢查點(diǎn)表達(dá)水平的相關(guān)性，其中高CS組中PD-L1的表達(dá)水平和蛋白水平在PRAD和SKCM中較高（圖3C）。免疫細(xì)胞溶解活性（CYT）打分是評(píng)估T細(xì)胞細(xì)胞毒性的指標(biāo)同樣是預(yù)測(cè)免疫反應(yīng)的生物標(biāo)志物。結(jié)合PD-L1蛋白表達(dá)水平和CYT打分發(fā)現(xiàn)，有5種癌癥類型的CS打分與兩者正相關(guān)（圖3D）。為驗(yàn)證CS打分與免疫細(xì)胞浸潤(rùn)水平和免疫分子特征的相關(guān)性，作者對(duì)72例PRAD患者進(jìn)行免疫組化染色，結(jié)果表明p21（廣泛使用的衰老標(biāo)志物）表達(dá)與PD-L1和CD45顯著正相關(guān)（圖3E和3F）。
4.單細(xì)胞分析解釋衰老異質(zhì)性和相關(guān)免疫信號(hào)
為研究腫瘤微環(huán)境中CS水平是否存在異質(zhì)性，作者分析了10個(gè)scRNA-seq數(shù)據(jù)集，包括97440個(gè)細(xì)胞。不同數(shù)據(jù)集中不同細(xì)胞類型的CS水平類似（圖4A），基質(zhì)細(xì)胞中CS打分較高而惡性細(xì)胞的衰老程度較低。為分析腫瘤內(nèi)CS異質(zhì)性對(duì)腫瘤微環(huán)境的影響，作者進(jìn)一步分析了PRAD患者的scRNA數(shù)據(jù)集，包括33100個(gè)細(xì)胞。其中，前列腺微環(huán)境中CS打分存在細(xì)胞間異質(zhì)性（圖4B和4C）。癌細(xì)胞中高CS組和低CS組中的DEGs的富集分析表明，衰老癌細(xì)胞中免疫相關(guān)通路顯著富集，包括抗原呈遞，免疫調(diào)節(jié)相關(guān)作用和干擾素-α/β信號(hào)（圖4D）。高CS的癌細(xì)胞中HLAs較多（圖4E）。作者使用CellPhoneDB分析細(xì)胞-細(xì)胞互作，高CS和低CS組中癌細(xì)胞會(huì)與相鄰細(xì)胞進(jìn)行交流（圖4F）。
5.衰老水平可以預(yù)測(cè)免疫治療反應(yīng)
作者分析治療前和治療后的惡性細(xì)胞中的CS打分變化，對(duì)于同一例患者無(wú)反應(yīng)者的惡性細(xì)胞CS打分在治療后顯著降低，而有反應(yīng)者的CS打分在治療后顯著增加（圖5A-5D）。接下來(lái)，作者研究8個(gè)ICB治療組的542例患者的CS打分對(duì)于預(yù)測(cè)免疫治療反應(yīng)的能力。CS打分可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)免疫治療反應(yīng)，其中AUC為0.68（圖5E），結(jié)果優(yōu)于TIDE的預(yù)測(cè)結(jié)果（圖5F）。
6.衰老水平預(yù)測(cè)PRAD免疫治療反應(yīng)和預(yù)后
對(duì)于PRAD來(lái)說(shuō)，高衰老水平與OS較長(zhǎng)有關(guān)（圖6A和6B）。其中Gleason打分，T分期和N分期較高的患者CS打分較低（圖6C和6D）。一致性聚類將PRAD患者分為兩組（圖6E），簇2的OS較好（圖6F）。PRAD患者的?；鶊D如圖6G所示。KEGG中免疫通路的富集水平如圖6H所示。
7.構(gòu)建和驗(yàn)證PRAD的衰老預(yù)測(cè)因子
作者使用三種機(jī)器學(xué)習(xí)算法從CS基因中進(jìn)行特征選擇（圖7A）。將TCGA-PRAD數(shù)據(jù)集作為訓(xùn)練集，其余4個(gè)PRAD數(shù)據(jù)集作為驗(yàn)證集。使用LASSO，隨機(jī)森林RFB和XGBoost分別篩選到10,3和21個(gè)顯著基因。其中3個(gè)共有基因，包括SPAG5,TACC3和TROAP，并基于這3個(gè)基因使用Cox回歸分析構(gòu)建模型。根據(jù)CS打分中位數(shù)將患者分為高打分組和低打分組，低打分組的預(yù)后較差且病情進(jìn)展較快（圖7B-7F）。TCGA-PRAD患者的腫瘤分級(jí)越差，CS打分越低（圖7G）。此外，使用IHC染色驗(yàn)證CS模型的預(yù)測(cè)價(jià)值（圖7H和7I）。CS打分與腫瘤分期較低和Gleason打分顯著相關(guān)（圖7J和7K）。
結(jié)論：
CS在衰老和癌癥中都是一個(gè)重要的細(xì)胞過(guò)程，在本研究中作者構(gòu)建了量化CS的計(jì)算方法并揭示CS與癌癥類型的基因組特征，免疫表型和臨床結(jié)局的相關(guān)性。此外，在不同數(shù)據(jù)集中作者鑒定到3個(gè)CS基因可以預(yù)測(cè)患者生存情況，說(shuō)明他們可能是預(yù)后的生物標(biāo)志物?？偟膩?lái)說(shuō)，基于CS水平的計(jì)算指標(biāo)，作者構(gòu)建了一個(gè)可以理解腫瘤微環(huán)境中CS相關(guān)調(diào)控的框架，并可以指導(dǎo)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)和生物標(biāo)志物的鑒定。
