胶质母细胞瘤免疫亚型分析+免疫组化发8+分SCI

今天给大家介绍一篇2022年1月发表在OncoImmunology（IF:8.110）上的一篇文章。本研究作者对单细胞转录组和bulk转录组数据集进行分析，鉴定到了一个新的GBM细胞亚型，随后构建的11-基因分类器有助于将GBM划分为对预后和抗PD-1治疗效果不同的亚组。总的来说文章特别有借鉴意义，鉴定了一个稀有的胶质瘤细胞亚群，可能介导微环境的变化影响免疫治疗效果，结论非常具体参考价值，我们来看看吧！
Identification of a unique tumor cell subset employing myeloid transcriptional circuits to create an immunomodulatory microenvironment in glioblastoma
利用胶质瘤的免疫调控微环境中髓样转录回路鉴定特定的肿瘤细胞亚群

1.流程图

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2.摘要

胶质母细胞瘤（GBM）是一种侵袭性原发性脑肿瘤，具有以髓系细胞为主的独特免疫功能。GBM细胞通过劫持与骨髓相关的转录程序构建免疫抑制微环境从而逃避免疫攻击。然而，免疫逃避的GBM细胞的分子特征和他们与免疫细胞的相互作用仍然不是十分清楚。本研究，作者对bulk RNA-seq数据和scRNA-seq数据进行分析并构建GBM免疫特征并鉴定免疫治疗亚型。作者鉴定到一个新的GBM细胞亚群——TC-6，其具有免疫侵袭特征并与肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）相互作用以协调免疫抑制。促炎症转录因子STAT1,STAT2,IRF1,IRF2,IRF3和IRF7是TC-6亚新的核心调节子。免疫转录组分析鉴定到3个免疫亚型（C1,C2和C3），其中亚型C3富集TC-6细胞且具有TAMs免疫异质性，与抗PD-1治疗反应降低有关。亚型C3中干扰素相关的DNA损伤抵抗信号上调，亚型C3的接受化疗的患者生存期较短。OSI-930作为靶向c-kit和VEGFR2酪氨酸激酶的分子制剂，其治疗可能会损害亚型C3 的GBM患者的免疫调节特征，并与化疗-放疗产生协同作用。此外，作者构建了一个11基因集定义亚型C3。总的来说，作者的研究鉴定到了一个新的GBM亚群并确定了亚型C3与免疫治疗反应有关，为深入了解GBM免疫微环境的异质性和GBM免疫治疗提供有价值的信息。

结果

1. 数据集的获取的下载

从TCGA数据库获取GBM的转录组数据集，从CGGA数据库获取中国患者的GBM的转录组数据集，从GEO数据库获取接受抗PD-1治疗的复发性GBM患者的GSE121810数据集。从SRA数据库获取GBM的scRNA-seq数据集

2. scRNA-seq数据集鉴定新的肿瘤细胞亚群

作者对5例GBM患者的36789个细胞进行聚类并注释，共分为16个亚群（图1a）。GBM细胞系的特征是7号染色体扩增和10号染色体缺失，标准化的CNA数据揭示了细胞中的染色体畸变并鉴定到了6个肿瘤细胞亚群（TC-1至TC-6），其中TC-1至TC-5包括神经组细胞样（NPC-like），少突胶质祖细胞样（OPC-like），星形胶质细胞样（AC-like）和间充质样（MES-like），然而TC-6是之前没有鉴定到的肿瘤细胞亚群。TC-6亚群中EGFR和INF刺激基因表达水平较高（图1b）。富集分析表明，TC-6参与IFN反应，上皮-间质转化，缺氧和验证反应（图1c）。为鉴定肿瘤细胞亚群与免疫细胞间的相互作用，作者将TC亚群与其他细胞进行配体-受体互作分析（图1d）。与其余TC亚群相比，TC-6亚群参与TAM招募和表型重编程，肿瘤生长等（图1e）。TCGA数据集分析表明TC-6特征与TAM特征正相关（图1f）。与其他TC亚群相比，TC-6亚群中PD-L1,IDO1,NT5E和LGALS9上调表达（图1g）。这些结果表明TC-6亚群是一个独特的肿瘤细胞亚群，可以与TAM和T细胞互作以创建免疫抑制微环境。

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3. 鉴定协调TC-6亚群的核心调控因子

作者使用SCENIC评估基因调控网络（GRNs）的活性，在不同细胞亚群中鉴定到80个调节子（图2a），根据调节子特异性打分鉴定到IRF1,IRF2,IRF3,IRF7,STAT1和STAT2是特异性调节子（图2b）并且这些调节子在TC-6亚群中活性较高（图2c）。

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4. 基于TC-6核心调节子鉴定新的GBM亚型

接下来，作者基于TC-6亚群的核心调节子和TCGA-GBM数据集鉴定到112个元基因并进行一致性聚类（图3a），共聚为3个簇（图3b和3c）。TCGA-GBM和CCGA-GBM数据集的KM分析表明亚型C3的总生存期较差（图3d和3e）。

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5. 与IFN相关的DNA损伤抗性特征表明亚型C3对化疗/放疗具有抗性

随后，作者分析GBM亚型的分子特征和临床特征。亚型C3与野生型IDH1，非胶质瘤-CpG岛和胶质瘤的经典亚型有关（图4a）。ssGSEA分析表明，亚型C3与IFN相关的DNA损伤抗性（IRDS）和炎症反应有关（图4a）。GSEA分析表明IRDS显著富集于亚型C3中（图4b）。亚型C3和亚型C1及C2的差异分析表明有24个IRDS基因是排名前10%的差异表达基因（图4b）。此外，与化疗/放疗抵抗相关基因在亚型C3中过表达（图4c）。为研究靶向C3特征是否可以逆转对化疗剂TMZ的耐药性从而提高治疗效果。作者使用SynergySeq平台并筛选潜在药物。正交图分析确定OSI-930是靶向C3的候选特征（图4d）。

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6. 免疫亚型的免疫学特征

作者对三种免疫亚型的免疫组学特征进行分析（图5a），亚型C1以淋巴细胞为主并伴随Th1淋巴细胞和CD8+ T淋巴细胞增加（图5a）。亚型C2以髓细胞为主并伴随单核细胞，巨噬细胞和中性粒细胞增加（图5a）。亚型C3的特征是富集极化巨噬细胞和NK细胞并伴随TC-6亚群中免疫检查点和免疫抑制调节剂过表达（图5a）。亚型C1-C3的免疫学特征如图5b所示。

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7. 亚型C3对抗PD-1治疗效果较差

为鉴定抗PD-1治疗效果是否与GBM亚型有关，作者对GSE121810数据集进行分析。与亚型C2和C1相比，亚型C3的总生存期较短。KM分析表明亚型C3的生存结局最差（图6a）。亚型C3显著富集调控IFN-γ反应，T细胞衰竭，TGF-β信号和TC-6相关的免疫抑制调控因子（图6b和6c）。

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8. 构建11-基因C3分类器可以用于GBM分子亚型诊断

为鉴定亚型C3的标志物，作者使用PAM方法构建多基因分类器。将TCGA-GBM数据集随机分为训练集和测试集（2：1）并进行10折交叉验证，最终构建了一个11-基因分类器，准确率为0.989，特异性为0.992，敏感性为0.978（图7a）。使用CGGA数据集验证11-基因分类器（图7b和7c）。基于11-基因分类器鉴定的亚型C3的生存期较差（图7d和7e）。作者对6例GBM样本的转录组数据进行分析，亚型C3中分类器中的11个基因上调表达（图7f）。此外，与非-C3亚型相比，亚型C3中TC-6亚群和IFN相关DNA损伤抵抗特征显著富集（图7g）。

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IHC染色表明亚型C3中CD163,CTSD,GPNMB和EGFR上调表达（图8a和8b）。

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结论

总的来说，作者基于单细胞转录组数据集鉴定到一个新的GBM细胞亚群，描述该亚群的免疫调节特征和与髓细胞的相互作用。基于TC-6的核心调节子和一致性聚类鉴定了3个GBM亚型。随后，作者构建了基于11个基因的GBM亚型分类器，结果表明亚型C3和非C3亚型的预后和抗PD-1治疗效果不同。本研究对GBM分子诊断和免疫治疗具有潜在价值。本研究的亮点在于作者的分析数据集纳入了单细胞转录组和bulk转录组数据集且构建的11-基因分类器使用额外数据集进行了验证。