什么样的单基因泛癌可以发表8分+？

导语

JMJD8是癌症相关基因，但其在泛癌中的作用和潜在机制仍然未知。

背景介绍                    

今天小  编为大  家带来一篇分析超级全的单基因泛癌文章，文章发表在8分+的Front. Immunol.上，题目为  JMJD8 Is an M2 Macrophage Biomarker, and It Associates With DNA Damage Repair to Facilitate Stemness Maintenance, Chemoresistance, and Immunosuppression in Pan-Cancer。

数据介绍                    

TCGA：33种癌症类型，GTEx：54个正常组织。

GEO：膀胱尿路上皮癌（BLCA）（GSE145137）、胆管癌（CHOL）（GSE125449）、胶质母细胞瘤（GBM）（GSE138794）、头颈部鳞状细胞癌（HNSC）（GSE103322）、肾透明细胞癌（KIRC）（GSE121636和GSE171306）、肝细胞癌（LIHC）（GSE125449）和卵巢浆液性囊腺癌（OV）（GSE118828）的单细胞数据集。

研究流程                    

图1

结果解析

01   JMJD8在泛癌中的差异表达和生存  

作者在OpenTarget上探索了JMJD 8相关疾病，气泡图显示JMJD8与非小肺癌有关（图2A）。作者在TIMER2.0上分析了泛癌与相应正常组织之间的JMJD8 mRNA水平差异。 JMJD8 mRNA在11种癌症类型（BRCA，CHOL，COAD，ESCA，GBM，HNSC，KIRP，LIHC，LUAD，PRAD和STAD）中显著上调，并在CESC，KICH，KIRC和THCA中下调（图2B）。

对于缺乏正常组织的癌症，作者比较了在GEPIA2.0和UALCAN上的JMJD8的表达差异。 GEPIA2.0结果显示，癌症中的JMJD8 mRNA在DLBC，THYM，LGG和PAAD中高表达，但在TGCT 和UCS中表达不佳（图2C）。JMJD8与ESCA，PAAD和THCA的高阶段呈负相关（图2D）。UALCAN结果表明，JMJD8蛋白在BRCA，UCEC和GBM癌症中上调，在LIHC和HNSC中下调（图2E）。

图2

JMJD8的预后意义而言， JMJD8的高表达与GBM和LGG中较低的总生存率（OS）百分比有关;GBM、LGG 和 STAD 的疾病特异性生存率 （DSS） 百分比较低;以及缩短 ACC、LGG 和 STAD 的无进展间隔 （PFI）。相比之下，它与ESCA，PCPG，THYM，PRAD和SARC中较高的OS以及PCPG中较高的DSS以及SARC和THYM中PFI的增加相关（ 图2F ）。这些结果表明，JMJD8可能是胶质瘤中的癌症驱动基因并促进ACC进展，但可能是THYM的保护基因。

02   JMJD8在泛癌中的基因组改变  

作者调查了JMJD8在泛癌中CNV和SNV的结果，发现BRCA中的JMJD8扩增率高，弥漫性大B细胞淋巴瘤和UCS中的深度缺失率高（>3%），而没有观察到高SNV率（图3A，B）。当CNV水平应用于TIDE患者分组时，高JMJD8 CNV组患者在AML，KIRC，COADREAD和LIHC中表现出较高的存活率，但在UCEC，BRCA（HER2），HNSC和PADD中表现出较低的存活率（图3C）。

作者比较了泛癌症中TMB，MSI，新抗原和倍性与JMJD8的相关性。如图3D所示，JMJD8在2种癌症（LGG和UCEC）中与TMB呈正相关，在7种癌症（COAD，KICH，KIRC，LIHC，LUSC，TGCT和UCEC）中与MSI呈正相关。相比之下，它在6种癌症（BRCA，CESC，LUAD，PCPG，PRAD和THCA）中与TMB呈负相关，仅在BRCA和SARC中与MSI呈负相关。

图3

癌症TMB和MSI经常引起新抗原呈递。如图3F所示，5种癌症（BRCA，LUAD，PRAD，CESC和STAD）在新抗原与JMJD8表达之间呈负相关，只有KIRP呈正相关。综上，JMJD8是BRCA和LUAD基因组稳定性的潜在生物标志物。

03   JMJD8与DNA修复、干性、甲基化相关  

作者分析了JMJD8与MMR相关基因（EPCAM，MLH1，MSH2，MSH6和PMS2），HRR特征和癌症干性之间的相关性。作者发现JMJD8与大多数癌症中的多个MMR基因呈正相关，包括ACC，CESC，GBM，HNSC，KIRC，KIRP，PAAD，LIHC，PCPG，STAD，尤其是THCA（图4A）。对于癌症干性，JMJD8在OV中获得了很强的相关性，其次是LGG，UVM，HNSC和ESCA。在TGCT，KIRP和KIPAN 中，它们表现出负相关（图4B）。9种癌症显示出干性与JMJD8之间的正相关，在HRR特征方面也呈现出一致的趋势（图4C），表明JMJD8与DNA修复介导的癌症干性相互作用。

图4

作者还在TIDE中检索了JMJD8启动子甲基化与癌症亚型、CTL和风险之间的相互作用。图4E 列出了前 8 种 CTL 相关癌症亚型的列表;JMJD8启动子甲基化与BRCA、PAAD和MESO中的CTL浸润呈正相关。图4F显示了相关散点图和Kaplan-Meier曲线，表明JMJD8启动子甲基化与CTL浸润有关，并预测三种BRCA亚型和MESO的生存期更长。

除了DNA甲基化，还研究了JMJD8与RNA调节剂基因表达之间的相关性。作者发现高JMJD8与许多癌症中的大多数RNA调节基因相关，包括m1A，m5C和m6A（图4G），表明JMJD8参与RNA修饰。

04   JMJD8选择性剪接预测患者生存率  

替代剪接（AS）是一种常见的转录后修饰类型，产生各种转录本和随后的蛋白质或非编码RNA。其失调经常发生在癌症中并影响肿瘤发生。作者分析了肿瘤剪接上的AS，确定了5个临床相关的AS事件。

图5A，B显示了泛癌中Intron_Retention_51257的剪接模式和PSI。LUSC和READ等癌症的PSI高于正常样本。图5C总结了肿瘤与正常/邻近组织之间PSI差异的统计结果，具有预后值的那些在图5D中通过Kaplan-Meier曲线表示。高PSI预测KIRC的OS和DSS较低，MESO的OS较低。同样，高PSI也预测了LIHC和PRAD的无病间隔（DFI）和PFI较低。然而，在PAAD中，高PFI与较长的DFI和PFI相关。这些结果暗示了调节JMJD8 AS事件在癌症进展中的生物学重要性。

图5

05   JMJD8相关基因富集  

为了研究JMJD8在癌症中的功能作用以及相互作用或共表达的基因，依次进行了功能富集分析。从String web工具获得具有实验验证的交互式蛋白质，并显示10种蛋白质（图6A）。然后，比较了UALCAN上改变和未改变途径之间的JMJD8表达，并注意到JMJD8在HNSC和GBM中改变的SWI/SNF复合物，p53 / Rb相关途径和染色质修饰符状态中升高，而在BRCA中表达不佳（图6B）。

由于体细胞突变或CNV不能直接解释表达水平，作者探索了JMJD8与这些通路相关特征之间的表达相关性。这些特征与JMJD8呈正相关。在GEPIA2.0上分析泛癌中前100个JMJD8共表达基因，前5个基因（C16ORF58，IFT140，ITFG3，PIGQ和WDR24）在大多数癌症类型中与JMJD8具有高度相关性（图6C）。

GO项的功能富集表现出与细胞骨架和睫状运输系统相关的活动（图6D）。此外，GO和KEGG的GSEA结果表明代谢，免疫活动和JMJD8之间存在密切关联（图6E）。

图6

06   JMJD8与免疫浸润  

为了研究JMJD8在癌症环境中的免疫学作用，计算了JMJD8在泛癌症中的估计值。如图7A所示，JMJD8在许多癌症中与ESTIMATEScore和ImmuneScore呈反向相关，包括肾肿瘤的TCGA肿瘤THCA，KIPAN，MESO，ACC，GBM，BRCA，CESC，THYM和TARGET-WT。然而，JMJD8在UVM等几种癌症中也与它们呈正相关。

JMJD8-ImmuneScore相关性的癌症也与大多数免疫检查点基因呈负相关，包括THYM，THCA，TGCT，BRCA，LUAD和MESO（图7B）。然而，在许多癌症中，一些标志物与JMJD8呈正相关。CD276在15种癌症中与JMJD8呈正相关性最高，其次是LGALS9、VSIR和TNFRSF4。在LGG中，JMJD8与多达24个免疫检查点基因呈正相关，表明JMJD8相关的免疫检查点效应参与其中。

图7

随后，作者探讨了JMJD8是否通过TISIDB在不同癌症免疫亚型中差异表达。直方图显示，JMJD8与10种癌症的免疫亚型显着相关（图7C），其中前6种如图7D所示;JMJD8在BLCA、UCEC和LUAD的C4亚型中增加，提示其与淋巴细胞功能反向关联。作者分析了JMJD8与趋化因子，受体和免疫刺激剂之间的关联。

如热图所示（图7E），JMJD8与泛癌中的几种趋化因子（CXCL9，10，11，12和13），许多受体和免疫刺激因子呈负相关。作者还注意到，高JMJD8启动子甲基化与大多数免疫刺激物呈正相关，表明JMJD8表达影响趋化因子介导的针对癌症的免疫刺激。

最后，在网络工具TISMO上比较了癌细胞系中细胞因子治疗前和细胞因子治疗后的JMJD8表达差异（图7F）。在4个细胞系中，IFN-γ处理后JMJD8表达降低，在1个IFN-β和1个TNF-α后处理细胞系中也降低。

综上，JMJD8是许多癌症免疫抑制环境构建的关键因素，可能是通过抑制免疫刺激功能和免疫检查点效应。

07   JMJD8是M2巨噬细胞浸润的潜在标志物  

为了进一步研究JMJD8在癌症免疫中的应用，作者分析了其在免疫细胞水平中的表达。首先运行CIBERSORT算法，以获得与JMJD8的22个免疫细胞相关性。JMJD8在许多癌症中与TGCT，BRCA和LGG中的M2巨噬细胞呈强正相关，与M1巨噬细胞和活化的CD4+记忆细胞呈负相关。此外，Tregs与13种癌症中的JMJD8呈正相关（图8A）。

针对M2巨噬细胞，在TIMER2.0上进行了多种算法分析其浸润水平与泛癌中JMJD8表达的相关性，在BLCA、HNSC、STAD、TGCT、UCEC和UVM中观察到了一致存在的关联（图8B）。

在SpatialDB上获得空间转录数据，以描述JMJD8和M2巨噬细胞生物标志物CD68和CD163在BRCA和PRCA癌症组织上的空间重叠（图8C），并且正如预期的那样，JMJD8，CD68和CD163标记物表现出相似的空间分布，这意味着JMJD8，CD68和CD163的潜在共表达。

更重要的是，作者从TISCH中检索了单细胞亚型中的JMJD8表达数据。如图8D所示，JMJD8由AEL，BRCA，胶质瘤，HNSC，LIHC，NSCLC和OV中的M2巨噬细胞或恶性细胞表达。还比较了收集的癌症单细胞数据集中的JMJD8表达，发现M2或未定义的巨噬细胞在BLCA，CHOL，GBM，HNSC和LIHC中表达（图8E）。

图8

作者进行了免 疫染色（图9A-I）。JMJD8荧光强度在THCA和TGCT邻近组织中的癌组织中似乎更高（图9G，H），与TIMER2和GEPIA2图2B，C的差异表达结果一致。几种癌症显示出JMJD8和CD163强度之间的正相关，例如LGG。

图9

从大量的，空间的，单细胞的转录数据和上面的荧光染色结果，作者证实了JMJD8和M2巨噬细胞之间的密切关联，这些表明JMJD8是一种潜在的癌症特异性标志物。

08   JMJD与靶向化合物的分子对接  

为了寻找JMJD8是否可以预测对癌症的治疗反应，从ROCplotter获得了数据，以显示四种癌症类型（BRCA，OV，GBM和CRC）的治疗结果与JMJD8表达之间的关联。在GBM中，JMJD8在化疗后无应答者中表达量较高，尤其是亚硝基脲治疗后，亚硝基脲后16个月OS曲线下面积（AUC）值达到0.7。然而，在BRCA中，抗HER2、化疗和内分泌治疗后的反应者具有更高的JMJD8表达，抗HER2治疗的5年PFS预测的最高AUC值达到0.909（图10A）。

图10

鉴于接受常规化疗的高JMJD8 GBM患者的治疗效果较差，作者试图确定具有更高效果的潜在抗JMJD8药物，这也可能提高GBM对当前化疗的敏感性。使用cMap工具过滤化合物，在9种不同的肿瘤细胞系中引起与高JMJD8表达增加的转录改变相反的转录改变，并显示具有JMJD8靶向潜力的前30种化合物（图11B）。

值得注意的是，六种化合物的MoA是组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂的模式，表明JMJD8在癌症中的功能机制（图10C）。作者还在RNAactDrug中检索了与JMJD8 mRNA表达相关的药物。显示FDR<0.05的前26种药物，而只有5种药物与JMJD8表达相反（图10D）。

综上所述，THM-I-94和genipin被确定为潜在的JMJD8靶向药物，并且可能对替莫唑胺和亚硝基脲耐药的GBMs作为替代疗法有效。

小编总结                    

本文是一篇非常全面的单基因泛癌范文。

作者首先探究了JMJD8在泛癌中的差异表达。JMJD8在GBM，LGG和STAD中高度表达，并预测生存期较短。在ESCA，PCPG，THYM，PRAD和SARC中预后更好，显示出肿瘤类型依赖性因素。

JMJD8可能通过MMR和HRR系统在一些癌症（如BRCA）中减少TMB，MSI和HRD，并且这两种修复系统促进了胶质瘤，HNSC和OV的干性维持。这些结果表明JMJD8是MMR和HRR的关键成员，进一步支持JMJD8，p53 / RB，SWI / SNF，染色质修饰符签名相关性以及反向富集的G2M检查点途径。

作者发现较高的JMJD8表达与低免疫浸润，免疫抑制性癌症亚型和全局减少的细胞因子受体相关。同时，在几种癌细胞中观察到抗癌细胞因子治疗后JMJD8表达降低，强烈表明JMJD8在大多数癌症中的免疫抑制作用。更具体地说，M2巨噬细胞参与环境重塑，通过批量或单细胞转录测序数据以及JMJD8和M2巨噬细胞生物标志物的共表达进行了验证。

有趣的是，CD276在15种癌症类型中与JMJD8具有极高的相关性。JMJD8可能介导CD276诱导的M2极化，干性维持和CD8 + T细胞抑制。此外，JMJD8可能通过DNA修复促进了GBM对DNA烷化剂（亚硝基脲和替莫唑胺）的化学抗性。考虑到这些方面，作者确定了2种潜在的JMJD8靶向药物，这些药物具有可能的对接模式，并期望它们成为那些对常规治疗产生化学耐药性的人的有效疗法。