新思路：多组学识别乳腺癌免疫亚型发表8分+

导语

ER+/PR−/HER2−乳腺癌背后的多样性和可塑性尚未被广泛研究。识别异质性微环境表型和研究驱动这些表型形成的特定基因组事件是至关重要的。  

背景介绍

今天小编为大家介绍的这篇文章，基于多组学数据对乳腺癌进行免疫亚型分类。文章发表在《Journal of Translational Medicine》上，影响因子为8.44，文章题目为:A novel immune subtype classification of ER‑positive, PR‑negative and HER2‑negative breast cancer based on the genomic and transcriptomic landscape。

数据介绍

基于METABRIC队列中411例ER+/PR-/HER2-乳腺癌的免疫相关基因表达谱；从GEO（GSE25066、GSE20271、GSE2019）收集的135名患者数据库。

研究设计

结果解析

01、 免疫亚型和功能基因

为了便于可视化并揭示ER+/PR-/HER2-乳腺癌的潜在免疫亚型，本文首先建立了一个综合基因集，其中包括代表各种免疫过程的1480个基因。然后，我们对411种ER+/PR-/HER2-肿瘤的1480个免疫相关基因的微阵列数据应用无监督一致性聚类，并在METABRIC队列中鉴定出5种免疫亚型和7种基因程序（图1A,B）。在所有亚型中，簇4在与免疫过程相关的基因程序中的表达最低，表明冷的免疫表型。这与簇5非常相似，后者也缺乏免疫学特性，但对激素刺激程序(GP1)具有高表达水平的细胞反应。相比之下，簇3在抗肿瘤免疫反应程序(GP3)中的表达最高，表明免疫激活表型。簇1的特点是参与淋巴细胞活化(GP3)、白细胞活化(GP5)和血管生成(GP2)的模块表达升高，这意味着热免疫但抑制性微环境。其余的簇2表现出低水平的免疫反应(GP3)，针对免疫失活的表型。此外，本文利用从GEO收集的表达谱来验证聚类结果的可重复性。两个群组之间存在中度到良好的一致性（从第1组到第5组的IGP:0.90、0.65、0.84、0.80和0.67）。总之，我们的分析显示了ER+/PR-/HER2-乳腺癌有五种异质表型，不能用三基因分类器亚型完全解释。

鉴于免疫微环境在乳腺癌中的重要作用，我们研究了免疫亚型的临床相关性。如图1A所示，这5个集群在临床病理特征上有显著差异。例如，簇1主要由管腔A亚型组成，而病理分级较高的簇2主要由管腔B亚型组成。此外，我们在METABRIC队列中观察到免疫亚型的显著预后价值(图1C,D)。总体而言，簇2是一种免疫失活亚型，与OS和BCSS的最差预后相关。这种生存差异与年龄、淋巴结状态和分子亚型无关。与先前的研究一致，本文发现免疫激活程序的高表达与生存率的提高显著相关，即使是反应性基质。

图1

02、免疫亚型的细胞和分子特征

本文估计了微环境细胞的26个亚群（24个免疫细胞和2个基质细胞）的丰度，并分析了每个样品中的8个分子特征以系统地表征免疫亚型（图2A-D）。簇4中的肿瘤的特征在于相对低程度的微环境细胞浸润，这与它们的免疫冷表型一致。具有免疫热肿瘤的簇3不仅富含先天性和适应性免疫细胞，如CD8+T细胞、DCs和NK细胞，而且还富含免疫抑制细胞，如Tregs。此外，簇3具有最高的IFN-γ应答、炎症和细胞溶解活性特征评分。密切相关的亚型是簇1，其也具有相对高的免疫细胞浸润，但具有增加的基质部分，包括内皮细胞和成纤维细胞，以及最高的TGF-β应答特征评分。值得注意的是，簇3显示最高的巨噬细胞调节特征评分，具有中等水平的巨噬细胞浸润。此外，我们通过绘制丰度分布曲线分析了所有簇中细胞亚群的相对比例（图2D）。适应性免疫细胞在五个集群的微环境中占主要比例。适应性免疫细胞的相对重量在簇3中增加，而基质细胞的相对比例在簇1中增加。我们进一步研究了每个细胞亚群的预后价值（图2E）。总的来说，对于大多数细胞亚群，甚至免疫抑制细胞，较高的浸润与更有利的结果相关。但在每个簇内，细胞亚群的预后影响不同，甚至在相反的方向。

图2

03、免疫亚型的潜在肿瘤免疫逃逸机制

作者研究的结果显示乳腺癌ER+/PR-/HER2−的免疫亚型在细胞和分子水平上高度异构。不同亚型有不同的肿瘤免疫逃逸机制。这个问题可以浓缩为免疫原性的概念差异,可以分为两个方面:外在因素和内在因素。

图3

外在因素包括效应T细胞和免疫抑制细胞的浸润、调节T细胞募集的趋化因子和其他免疫调节细胞因子。如上所述，每个簇在微环境细胞浸润方面具有其自身的独特模式。然后我们询问细胞因子的表达是否与簇间微环境细胞浸润的结果一致。如图3A所示，簇3具有CCL5和CXCL9的最高表达，其专用于具有增加的细胞毒性T细胞浸润的免疫反应性和免疫应答性肿瘤。而且，簇3具有更高浓度的免疫抑制性细胞因子，如IL10;簇1与血小板衍生生长因子（PDGF）和TGF-β族高度相关，已证明它们分别触发基质募集和产生额外的基质修饰，以产生免疫抑制微环境;簇2和簇5的细胞因子表达居中;并且这些细胞因子在簇4中均相对较低。综上所述，免疫激活后免疫抑制因子的增加、免疫的趋化性但失活、对免疫细胞的吸引不足或不能吸引等因素可能分别是导致5个簇的外源性免疫逃逸的原因。

内在因素包括突变负荷、新抗原负荷、MHC、共抑制分子和共刺激分子的表达水平。如图3B、C所示，簇3具有最低的肿瘤突变负荷和新抗原负荷，但具有最高的MHC分子表达，表明簇之间免疫原性的轻微差异。另外，我们检查了两类分子的表达：共刺激和共抑制（免疫检查点）分子，这两者在簇3肿瘤中显著增加（图3B）。这些观察结果提出了一个问题，即潜在的基因组变异是否可以解释簇之间共刺激和共抑制分子表达的差异。我们发现，簇1和3中TNFRSF8和TNFRSF9的表达升高与体细胞拷贝数变异（SCNV）显著相关（图3D）。总的来说，检查点分子可以被上调以使肿瘤能够在免疫激活后逃逸。此外，我们研究了分子特征评分、免疫原性和检查点分子表达水平之间的关系。我们发现免疫浸润特征和大多数检查点分子的表达正相关，而肿瘤突变负荷、新抗原负荷和TGF-β应答评分显示与这些因素的最小相关性（图3E）。

04、ER/PR-/HER2-乳腺癌的基因组改变

本文对ER+PR-HER2-乳腺癌的突变数据做了比较。如图4所示是最常见的癌症相关基因突变，发现PIK3CA(39%), TP53 (27%), KMT2C(16%), MUC16(16%), CDH1(13%), GATA3 (13%)。值得注意的是, PI3KCA, TP53, KMT2C在五个簇群中存在差异。另一方面,我们评估存在的病理影响同源重组基因突变,BRCA1(2%)和BRCA2(2%),其中没有突变事件发生在簇1。这些突变基因进一步聚合成10分子机制:细胞循环通路(CDKN1B、RB1 CCND3和CDKN2A)的3%;PI3K-AKT信号(PI3KCA AKT1、PTEN AKT2, STK11和PIK3R1)的46%;Notch信号(NCOR1, NOTCH1, NCOR2, EP300和FBXW7)的16%;TGF-β信号(SMAD4和SMAD2) 2%;Hippo和Wnt通路损伤由于NF2和APC突变,分别为(1%; 2%);RTK/RAS信号(NF1,KARS,ERBB4,ERBB2,ALK,FLK3, ERBB3,BARF和HRAS)在24%和P53通路(TP53和CHEK2)的28%;剩下的两个通路, MYC和NRF2,没有明显的突变。我们发现突变Wnt, RTK/RAS, PI3K-AKT和细胞循环通路在簇5是最常观察到的，而P53通路富集在簇3(Fig. 4B)。通过参考已发表的签名，本文进一步计算了五个簇中10个常见致癌途径的富集分数（图4C）。

图4

05、ER+/PR-/HER2-乳腺癌的免疫景观

使用免疫基因表达谱，我们构建了一个转录轨迹，以揭示个体患者分布的潜在结构，并找到控制肿瘤进展的关键基因。轨迹中的转录状态揭示了免疫过程（图5A）。患者位于单独的轨道分支,对应不同肿瘤免疫微环特征的相应子类型。我们假设免疫景观中的水平轴可以反映整体免疫浸润。其次，具有某些免疫亚型的患者形成两个或更多个分支结构，揭示每个亚型内的显著簇内异质性。例如，簇2可以基于它们在免疫景观中的位置进一步分成三个亚组，其在特定模块中显示不同的免疫基因表达谱（图5B，C）。有趣的是，簇2中按免疫景观分层的三个患者亚组表现出不同的预后，尽管没有统计学显著性（图5D）。

图5

小编总结

阐明癌症基因程序在塑造免疫反应及其与疾病的相关性的研究意义重大。在乳腺癌中，TP53的突变在免疫有利表型中富集。当对每个内在分子亚型进行分析时，TP53突变与管腔肿瘤中免疫相关基因的表达相关。本文研究发现TP53突变的肿瘤在簇3中显著富集，伴随着PD-L1表达的增加，促进CD8+ T细胞浸润和增强免疫原性。我们的研究揭示了簇4的免疫冷表型，其特征是最低的淋巴细胞浸润和最高的MYC途径富集。来自临床和实验研究的证据表明，一些内在途径，如MYC的激活，通过抗原提呈细胞的积累或激活失败而损害了T细胞的募集。因此推测MYC诱导的先天免疫细胞趋化性低可能是簇4中免疫浸润差的原因。抑制MYC信号的策略可能会将非T细胞炎症肿瘤转化为T细胞炎症肿瘤，重要的是，可以改善预后。总的来说，除了临床意义之外，这项研究的结果也对ER+/PR−/HER2−乳腺癌的致癌状态和肿瘤内免疫反应之间的关系有重要的生物学见解。

总之，本研究鉴定了ER+/PR-/HER2-乳腺癌的五种可重复的免疫亚型，它们具有不同的分子特征和基因组变异。研究为今后的联合治疗策略提供了理论支持，并为接受免疫治疗的患者提供了最佳选择，以改善ER+/PR-/HER2-乳腺癌的预后。

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