一学就会的5+分免疫基因与乳腺癌异质性分析

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今天给大家分享2019年12月19日发表于Breast Cancer Res. （IF=5.676）杂志上的文章“Immunegene expression profiling reveals heterogeneity in luminal breast tumors”，作者利用免疫基因将管腔型乳腺癌分成三个亚型，并结合免疫细胞分布、临床特征、T细胞活化进一步分析免疫亚型。

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Immune gene expression profiling reveals heterogeneity in luminal breast tumors

免疫基因表达谱揭示在管腔型乳腺癌的异质性

一.研究背景

1.乳腺癌是一个异质性癌症，分成管腔A型、管腔B型、HER2型和三阴型乳腺癌，但是乳腺癌每个表型存在异质性

2.免疫基因表达模式在管腔型乳腺癌中具有异质性，并且被认为是免疫原性，具有治疗意义，但目前研究不透彻

3.肿瘤浸润淋巴细胞（TILs）和肿瘤免疫反应有关，并且可能以亚型特异形式与治疗反应和生存相关

二.分析流程

分析流程

三.结果解读

1.通过免疫基因表达将管腔型乳腺癌分成三个亚型

图1a 分类：使用130个免疫相关基因对92例管腔型乳腺癌无监督聚类得到三个亚型：lum1（n=40）、lum2（n=36）、lum3（n=16）。其中，lum1和lum3富含管腔A型乳腺癌，而lum2富含管腔B型乳腺癌。

图1b 介绍分类后三个亚型：lum1亚型（low-TIL）：绝大多数免疫基因低表达；lum2亚型（high-ISG）：白介素刺激基因高表达且免疫基因低表达；lum3亚型（hign-TIL）：免疫基因高表达，如：趋化因子/受体基因、免疫检查点等，这些免疫基因反映炎症T细胞表型。

图1. 免疫亚型分类

免疫亚型中免疫细胞的区别：

图2a：通过MCP-counter估计三个亚型和对照组的免疫亚群丰度，发现lum3亚型（hign-TIL）除了中性粒细胞和单核细胞外，大多数免疫亚群丰度更高。hign-TIL与对照组（HER2型加基底型）

图2b：通过H＆E染色验证hign-TIL亚型中肿瘤基质淋巴细胞浸润程度高

图2c：通过CIBERSORT推断各个免疫细胞亚群的相对分数，发现hign-TIL亚型中CD8+T细胞和肿瘤杀伤M1巨噬细胞分数比例高于low-TIL亚型和high-ISG亚型，而促肿瘤的M2和未分化的M0巨噬细胞比例低。

图2. 免疫亚型中免疫细胞分布

小结：通过免疫基因将管腔型乳腺癌分成三个亚型，并比较三个亚型免疫基因表达、免疫细胞丰度、免疫细胞相对含量。

2.独立研究数据验证管腔免疫亚型

图3 使用共识聚类将TCGA和KBC中的管腔型乳腺癌分成三个亚型，发现hign-TIL亚型免疫得分更高，在附加数据中显示，CD8 + T细胞和M1巨噬细胞的数量也是hign-TIL亚型多。

小结：通过多种族多地区的数据验证管腔型乳腺癌亚型的可靠性。

图3. TCGA和KBC验证免疫亚型

3.和免疫亚型相关的临床特征、乳腺癌危险因素和基因组特征

在HKBC数据中，大多数临床特征和乳腺癌危险因素在不同免疫亚型无明显差异。BMI在high-TIL高于low-TIL 和high-ISG；相对于 low-TIL 和high-ISG亚型，high-TIL中雌激素受体α（ESR1）表达水平低、雌激素受体β（ESR2）表达水平较高，即ESR1/ESR2 比例低。high-TIL亚型的年龄更低，此结果仅在TCGA白人数据中显示；high-TIL亚型预后更好，此结果调整年龄后变得不明显。

图4a：相对于 low-TIL 和high-ISG亚型，high-TIL中雌激素受体α（ESR1）表达水平低、雌激素受体β（ESR2）表达水平较高，即ESR1/ESR2 比例低。

图4b：通过RNA-Seq和WES数据分析，发现high-TIL非同义突变负荷高。

图4. 免疫亚型与临床的联系

表1 ：通过SNP进行分型，A/A为纯合子，A/C为杂合子单基因缺失，C/C为缺失纯合子。表1显示，缺失等位的频率没有因免疫亚型不同而明显变化，且免疫评分在SNP分型中没有差异。因此，否定假设：基因APOBEC3B缺失多态性是亚洲人群乳腺肿瘤中免疫激活的驱动力。

表2：TP53突变在high-ISG中富集。

表1. 探究APOBEC3B和免疫表达谱的关系+表2. 探究TP53突变和免疫亚型的关系

4.与配对癌旁正常组织对比，仅在high-TIL中有T细胞活化

在三种免疫亚型中癌旁正常组织的免疫细胞群均无差异，但在正常组织和肿瘤细胞对比中，low-TIL亚型和high-ISG亚型无明显差异或较低丰度，而high-TIL亚型的CD3 + T细胞、CD8 + T细胞和B谱系细胞的丰度高，说明在high-TIL和非管腔乳腺癌中肿瘤特异性免疫应答的激活，而在中low-TIL亚型和high-ISG亚型则没有。

图5. 各个亚型中T细胞活化程度

作者从HKBC、TCGA、KBC中获取数据，通过免疫相关基因无监督聚类以及免疫基因表达将管腔型乳腺癌分成3个亚型：lum1亚型（low-TIL）、lum2亚型（high-ISG）、lum3亚型（hign-TIL），并且通过免疫细胞分布验证了亚型。随后，作者进行临床相关分析，揭示了免疫亚型与雌激素受体以及非同义突变负荷的联系，以及否定了科学假设：家族APOBEC3B缺失多态性是亚洲人群乳腺肿瘤中免疫激活的驱动力，最后，作者通过对比癌旁组织与肿瘤组织，揭示了三个亚型中T细胞的活化程度。

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