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瘤內(nèi)微環(huán)境對(duì)預(yù)后和免疫治療的影響
近年來(lái)，隨著癌癥基因組學(xué)和免疫學(xué)的發(fā)展，成功建立起了癌癥治療的兩大支柱——靶向療法和免疫療法。PD-1/PD-L1免疫療法（immunotherapy）是最成功的腫瘤免疫療法之一，引領(lǐng)癌癥治療的變革！今天分享一篇2022年12月1日發(fā)表在Computational and Structural Biotechnology Journal（IF：6.155）的文章，這篇文章介紹了膀胱癌腫瘤內(nèi)微環(huán)境的情況，并據(jù)此建立一個(gè)分類器，用于預(yù)測(cè)膀胱癌患者的預(yù)后及其對(duì)抗PD-L1免疫療法的反應(yīng)。
研究背景
膀胱癌被認(rèn)為是全球十大最常見的惡性腫瘤之一。雖然這種疾病在早期階段可以通過(guò)手術(shù)治愈，但對(duì)于轉(zhuǎn)移性疾病的患者來(lái)說(shuō)，幾乎沒有治療方案，其五年總生存率仍為15％左右。越來(lái)越多的證據(jù)表明，腫瘤細(xì)胞和腫瘤微環(huán)境之間的串?dāng)_在腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)、侵襲和轉(zhuǎn)移中起著關(guān)鍵作用。此外，微環(huán)境中的免疫細(xì)胞可以發(fā)揮抑制腫瘤或促進(jìn)腫瘤的作用，這將導(dǎo)致不同的臨床結(jié)果。
膀胱癌組織內(nèi)的腫瘤浸潤(rùn)性免疫細(xì)胞早已被描述。CD8+腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞的存在與肌層浸潤(rùn)性尿路上皮癌患者的改善結(jié)果相關(guān)，而免疫抑制性調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Tregs）和巨噬細(xì)胞的豐度與生存結(jié)果差相關(guān)。以低Tregs、低CD68+/CD163+巨噬細(xì)胞和高CD4+T細(xì)胞為特征的腫瘤患者主要對(duì)卡介苗（BCG）治療有良好的預(yù)后。此外，膀胱癌是除黑色素瘤外唯一的免疫治療可帶來(lái)生存優(yōu)勢(shì)的實(shí)體惡性腫瘤。美國(guó)食品和藥物管理局（US FDA）批準(zhǔn)的靶向PD-1或PD-L1的免疫治療藥物在轉(zhuǎn)移性膀胱癌患者中表現(xiàn)出長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定效果。包括膀胱癌在內(nèi)的許多腫瘤的免疫治療效果與腫瘤免疫微環(huán)境、新抗原、拷貝數(shù)變異（CNVs）和腫瘤突變負(fù)擔(dān)相關(guān)。
本研究旨在通過(guò)全面收集浸潤(rùn)性免疫細(xì)胞/免疫反應(yīng)相關(guān)特征，然后探索膀胱癌免疫微環(huán)境與癌癥基因型之間的相關(guān)性，建立一個(gè)新的分類指標(biāo)-膀胱癌免疫預(yù)后指數(shù)(bladder cancer immune prognostic index, BCIPI)。
主要結(jié)果
建立和驗(yàn)證BCIPI signature
為了全面建立基于免疫成分的膀胱癌預(yù)后指數(shù)，作者手工檢索并修改了162個(gè)腫瘤浸潤(rùn)的免疫signature。通過(guò)ssGSEA方法計(jì)算每個(gè)特征在個(gè)體中的NES值。然后采用單變量Cox回歸分析來(lái)確定這些特征在四個(gè)膀胱癌隊(duì)列中的預(yù)后作用。進(jìn)行薈萃分析對(duì)162個(gè)免疫相關(guān)特征的總體預(yù)測(cè)估計(jì)。最后有33個(gè)P值≤0.05的免疫相關(guān)特征被納入構(gòu)建BCIPI。每位膀胱癌患者的BCIPI評(píng)分是由11個(gè)選定的免疫相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)志物的NES值相加，減去22個(gè)保護(hù)標(biāo)志物的NES評(píng)分而計(jì)算出來(lái)的，并采用熱圖法顯示33個(gè)免疫相關(guān)標(biāo)志物在BCIPI-H和BCIPI-L亞組之間的分布（圖1A-B）。在所有四個(gè)膀胱癌隊(duì)列中，BCIPI是總生存期的一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素（圖1C-F），而綜合的薈萃分析得到了更有說(shuō)服力的結(jié)果（圖 1G）。
為了進(jìn)一步探討B(tài)CIPI系統(tǒng)是否可以作為目前可用的分期系統(tǒng)的補(bǔ)充，作者采用了RMS時(shí)間比來(lái)比較不同BCIPI亞組中患者的總生存結(jié)果。四個(gè)數(shù)據(jù)集的RMS時(shí)間比從0.65到0.84不等（圖2），在所有四個(gè)膀胱癌隊(duì)列中，總體預(yù)測(cè)值都有明顯提高。這些發(fā)現(xiàn)表明，新定義的BCIPI是一個(gè)有效的分類系統(tǒng)，不僅能反映膀胱局部的腫瘤免疫浸潤(rùn)狀態(tài)，預(yù)測(cè)膀胱癌患者的總生存期，還能為現(xiàn)有的分期系統(tǒng)增加預(yù)后價(jià)值。
BCIPI-H和BCIPI-L亞組之間腫瘤浸潤(rùn)免疫細(xì)胞的比較
在TCGA-BLCA隊(duì)列中，作者進(jìn)行了GSEA來(lái)比較BCIPI-H組和BCIPI-L組的通路水平。結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩個(gè)亞組之間的差異顯著集中在免疫相關(guān)的通路上（圖 3A）。為了評(píng)估BCIPI是否反映了膀胱癌患者的腫瘤浸潤(rùn)免疫細(xì)胞/免疫反應(yīng)，作者評(píng)估了BCIPI與Yoshihara等人定義的ImmuneScore和TumourPurity以及StromalScore之間的關(guān)聯(lián)。結(jié)果顯示，BCIPI與ImmuneScore和StromalScore呈明顯的正相關(guān)，但與TumourPurity呈負(fù)相關(guān)。
作者還比較了四個(gè)膀胱癌隊(duì)列中BCIPI-H組和BCIPI-L組的28個(gè)免疫細(xì)胞的浸潤(rùn)豐度。如圖3B所示，四個(gè)隊(duì)列中幾乎所有的免疫細(xì)胞，如活化的B細(xì)胞、活化的CD4+T細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、Th1細(xì)胞和Tregs，在BCIPI-H組比BCIPI-L組的豐度都高。作者選擇CD163作為巨噬細(xì)胞的標(biāo)記，結(jié)合CD163的IHC染色結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在美國(guó)癌癥聯(lián)合委員會(huì)（AJCC）分期較低的膀胱癌患者中，CD163的高表達(dá)與不利的預(yù)后相關(guān)（圖3C-D），而CD8+細(xì)胞的高比例則與有利的預(yù)后相關(guān)（圖3E-F）。在PD-L1表達(dá)和膀胱癌患者的總生存期之間沒有觀察到明顯的關(guān)聯(lián)（圖3G）。此外，Pearson相關(guān)測(cè)試也表明，CD8+細(xì)胞的百分比與總生存期有明顯的關(guān)聯(lián)（圖3H）。結(jié)果表明，BCIPI可以反映膀胱癌患者的免疫狀態(tài)，這也可能與化療或免疫治療反應(yīng)有關(guān)。
BCIPI-H亞組患者對(duì)抗PD-L1治療呈正向反應(yīng)
如上所述，腫瘤免疫狀態(tài)可能與免疫治療反應(yīng)有關(guān)；因此，作者評(píng)估了BCIPI與66個(gè)免疫檢查點(diǎn)的表達(dá)之間的相關(guān)性。值得注意的是，在所有四個(gè)膀胱癌隊(duì)列中都發(fā)現(xiàn)了PD-L1和BCIPI之間的正相關(guān)，在這四個(gè)隊(duì)列中，PD-L1的mRNA表達(dá)在BCIPI-H亞組中高于BCIPI-L亞組（圖4A；圖4C；圖4E；圖4g）。隨后，作者評(píng)估了這四個(gè)膀胱癌隊(duì)列中BCIPI亞組與抗PD-L1治療反應(yīng)之間的關(guān)聯(lián)，結(jié)果表明，BCIPI-H亞組的患者可能比BCIPI-L亞組的患者更能從抗PD-L1治療中獲益（圖4B；圖4D；圖4F；圖4H）。
膀胱癌的基因組改變與BCIPI亞群的相關(guān)性
不同人群攜帶不同的基因突變，基因突變可能在腫瘤遺傳和未來(lái)發(fā)展中發(fā)揮重要作用。BCIPI-L組和BCIPI-H組之間存在明顯的突變差異。KDM6A（33 % vs 19 %）、FGFR3（23 % vs 4 %）、GRIA4（7 % vs 1 %）、CASC5（8 % vs 1 %）、ARHGAP35（8 % vs 4 %）和SVEP1（7 % vs 3 %）在BCIPI-L組的突變率明顯高于BCIPI-H組，而在TCGA-BLCA隊(duì)列中，PHLDB2（2 % vs 7 %）、XIRP2（8 % vs 16 %）、INO80（3 % vs 6 %）、DSP（4 % vs 10 %）、CUL9（3 % vs 7 %）和AHNAK（7 % vs 12 %）在BCIPI-H組的突變率明顯高于BCIPI-L組（圖5A）。BCIPI-H組的患者在ArmDeletion水平上顯示出較低的CNV水平（圖5B），但在FocalAmp水平上顯示出較高的CNV水平（圖5C）。作者還發(fā)現(xiàn)改變亞組的患者比未改變亞組的患者表現(xiàn)出更好的總生存結(jié)果。對(duì)于這些突變的基因，作者重點(diǎn)關(guān)注FGFR3，其突變導(dǎo)致FGFR3的高表達(dá)（圖5E）。通過(guò)分析BCIPI-H和BCIPI-L亞組之間該基因的復(fù)發(fā)性突變，發(fā)現(xiàn)FGFR3-S249C等位基因的突變率在BCIPI-L組高于BCIPI-H組（12.74 % vs 2.96 %），其次是G370C（2.45 % vs 0 %），然后是Y373C（3.92 % vs 0 %）（圖5F），表明這些復(fù)發(fā)性突變可能影響FGFR3的表達(dá)并隨后影響腫瘤微環(huán)境。這些結(jié)果表明，F(xiàn)GFR3畸變可能與膀胱癌的腫瘤微環(huán)境有關(guān)。
在外部隊(duì)列中驗(yàn)證BCIPI，并與分子亞型進(jìn)行比較
外部隊(duì)列GSE32548、GSE48075和E-MTAB-4321被用來(lái)驗(yàn)證BCIPI的預(yù)后價(jià)值。GSE32548隊(duì)列包含91個(gè)非肌肉浸潤(rùn)性膀胱癌（NMIBC）病例和39個(gè)肌肉浸潤(rùn)性膀胱癌（MIBC）病例；GSE48075包含一個(gè)NMIBC病例和62個(gè)MIBC病例；這兩個(gè)隊(duì)列記錄了OS信息。E-MTAB-4321隊(duì)列包含476例NMIBC患者，記錄了現(xiàn)有的進(jìn)展信息。在計(jì)算BCIPI評(píng)分后，觀察到BCIPI在GSE32548（圖6A）、GSE48075（圖6B）和E-MTAB-4321（圖6C）隊(duì)列中呈現(xiàn)出很好的預(yù)測(cè)價(jià)值。
此外，作者還將BCIPI風(fēng)險(xiǎn)亞組與幾個(gè)已知的分子分類法進(jìn)行了比較。TCGA小組提出了一個(gè)新的膀胱癌分子分類系統(tǒng)，包括五個(gè)分子亞型（腔內(nèi)型、腔內(nèi)-乳頭狀/浸潤(rùn)型、基底型/鱗狀型和神經(jīng)元型）；作者發(fā)現(xiàn)BCIPI-H組的患者主要?dú)w屬于基底鱗狀型和腔內(nèi)-浸潤(rùn)型亞型，而BCIPI-L組的患者則被映射到腔內(nèi)-乳頭狀和腔內(nèi)亞型（圖6D），這與生存分析結(jié)果一致，表明基底鱗狀和管狀浸潤(rùn)亞型的患者比管狀-乳頭狀和管狀亞型的患者的預(yù)后更不利（圖6D）。Kamoun等人報(bào)道了一個(gè)共識(shí)的膀胱癌分子亞型，在TCGA-BLCA隊(duì)列中將BCIPI與之進(jìn)行了比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，BCIPI-H型患者占了Ba/Sq型和富含基質(zhì)型的大部分，其預(yù)后也很差，而BCIPI-L型患者多來(lái)自預(yù)后良好的LumP型（圖6E）。一個(gè)不尋常的情況是，雖然NE樣亞型的預(yù)后最差，但在作者的分組中卻被歸為BCIPI-L，這反映出NE樣亞型的預(yù)后與免疫途徑的激活無(wú)關(guān)。對(duì)于NMIBC，Hedegaard等根據(jù)E-MTAB-4321隊(duì)列證明了分子亞型，包括基底樣、CIS樣和管狀亞型，其中CIS樣亞型的進(jìn)展生存期最差，管狀亞型的臨床結(jié)果最有利。作者比較了BCIPI與Hedegaard亞型，觀察到BCIPI-H與CIS樣亞型相似，而BCIPI-L主要由腔鏡和基底樣亞型組成（圖6F）。
總結(jié)
BCIPI與腫瘤浸潤(rùn)免疫細(xì)胞/免疫反應(yīng)、總生存結(jié)果和抗PD-L1免疫療法的相關(guān)性表明，該指數(shù)是膀胱癌的一個(gè)強(qiáng)有力的分類系統(tǒng)。BCIPI-H亞組的患者與不利的預(yù)后有關(guān)，但推測(cè)抗PD-L1免疫療法的治療效果更好。這些發(fā)現(xiàn)將幫助臨床醫(yī)生促進(jìn)膀胱癌患者的個(gè)性化治療。
參考文獻(xiàn)
Bian Z, Chen J, Liu C, Ge Q, Zhang M, Meng J, Liang C. Landscape of the intratumroal microenvironment in bladder cancer: Implications for prognosis and immunotherapy. Comput Struct Biotechnol J. 2022 Dec 1;21:74-85. doi: 10.1016/j.csbj.2022.11.052
