GBM肿瘤抗原和免疫亚型的鉴定助力mRNA疫苗研制

GBM肿瘤抗原和免疫亚型的鉴定助力mRNA疫苗研制 by 医学僧的科研日记

使用疫苗治疗癌症是一种有前途的免疫治疗策略，已被证明对各种癌症有效，但其对多形胶质母细胞瘤(GBM)的疗效尚不清楚。对肿瘤样本进行分类的免疫分型被认为是免疫治疗的生物标志物。本研究旨在确定适合于疫苗开发的潜在GBM抗原，并开发一种基于免疫类型的工具来预测GBM患者对疫苗的反应。今天分享一篇2022年02月发表在《Frontiers in Immunology》(IF=7.561；中科院2区)上的文章，学习作者是如何寻找适合mRNA疫苗研发的肿瘤抗原及适合接种mRNA疫苗的GBM患者的~~~

一、研究背景

多形性胶质母细胞瘤(GBM, IV级胶质瘤)占所有恶性胶质瘤的82%，尽管GBM的标准治疗方案包括手术切除、放疗和化疗，但GBM患者的中位生存时间仅为12-15个月，因此寻找新的治疗方案就显得尤为重要。目前已有多组实验证明疫苗在GBM治疗中的可行性，然而，这些疫苗仍然面临许多挑战。本研究的目的是寻找新的GBM肿瘤抗原，作为mRNA疫苗开发的靶点，并通过免疫分型识别出适合mRNA疫苗治疗的GBM患者。

二、流程图

在本研究中，作者从TCGA中获得了168例GBM样本作为训练集，从CGGA中获得369例GBM样本作为验证集。作者首先分析了GBMs的突变和基因表达数据，并确定了6个与不良预后和抗原提呈细胞浸润(APC)的强刺激相关的候选基因。接着作者开发了一种工具来识别可能更适合接种疫苗的GBM患者。为此，作者对免疫相关基因进行了聚类分析，并确定了三种具有不同临床、细胞和分子特征的免疫亚型。研究结果通过独立队列进行验证。最后，作者利用免疫景观和免疫基因共表达模块分析了免疫相关基因在GBMs中的分布特征。

三、结果简述

1、GBM潜在肿瘤抗原的探索

作者通过GEPIA2分析，与正常样本相比，在GBM中有7664个差异表达基因，其中5221个基因过表达。通过cbioportal分析算法，确定了7832个扩增基因作为GBM的潜在肿瘤抗原。在部分基因组改变组中，突变频率最高的10个基因为COMMD10、DES、TUBA4A、HLA-DRA、EGFR- as1、SEC61G- dt、ELDR、EGFR、SEC61G和DIS3。通过分析突变基因在GBMs中的突变计数共鉴定出14363个突变基因。综上，总共有1101个扩增、突变和过表达的基因被鉴定出来，以供进一步分析。

2、与GBM预后及抗原呈递细胞相关的肿瘤抗原的鉴定

在上述所得1101基因中，作者共鉴定出6个基因(ARHGAP9、ARHGAP30、CLEC7A、MAN2B1、ARPC1B和PLB1)的表达水平与预后相关，且与APCs（B细胞、巨噬细胞和树突状细胞）的丰度水平呈正相关。

3、GBM的免疫亚型

作者用1658个免疫相关基因的表达谱对TCGA数据进行聚类，分为IS1/IS2/IS3；IS2组GBM患者生存预后最好，IS1组GBM患者生存预后次之，IS3组中GBM患者预后最差。接着作者分析了这三种免疫亚型与泛癌中6种免疫亚型的关系，发现本研究发现的免疫亚型主要集中在C1、C4和C5亚型。作者又比较了这三种免疫亚型与先前报道的GBM分型的关系，其中IS2亚型主要与proneural亚类重叠，IS3亚型主要与Mesenchymal亚类重叠，IS1亚型主要与classical亚类重叠。CGGA队列中的免疫亚型与预后相关，这与TCGA队列的结果一致。

4、肿瘤突变负荷(TMB)与免疫亚型的关系

作者比较了三种免疫亚型的基因突变情况，10个突变频率最高的免疫相关基因为EGFR、PIK3CA、PIK3R1、PIK3CG、ANK1、PDGFRA、SEMA3C、TG、TMPRSS6和L1CAM。此外，作者还发现三种亚型之间的突变基因数量和TMB存在显著差异，说明三种免疫亚型表达了不同数量的突变基因的肿瘤抗原，其中IS3亚型在这些亚型中免疫原性最低。

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5、TIME与免疫亚型的关系

作者首先对TCGA和CGGA的数据进行了ssGSEA分析，结果显示三种免疫亚型显示了不同比例的免疫细胞成分。接着，作者进行了CIBERSORT分析，发现与IS1和IS2亚型相比，IS3亚型有更多的免疫抑制调节性免疫细胞，而细胞毒性免疫细胞较少。因此，IS2亚型可以认为是免疫“热”型，IS3亚型是免疫“冷”型。作者又比较了三种亚型的56个免疫signiture的富集评分，发现与IS2和IS1亚型相比，大多数免疫信号在IS3亚型中的表达更高。紧接着，作者又分析了3种亚型的ICP与ICD modulator的基因表达水平，发现IS3的PD1表达水平最高，这表明IS3可能对免疫检查点抑制剂表现出良好的应答率。综上，免疫分型可被认为是GBMs免疫状态的生物标志物，并可用于预测患者对疫苗接种的反应。

6、GBM的免疫景观

作者通过降维后的DDRTree算法将表达谱聚合到一个具有多个分支的二维散点图中进行可视化。作者又分析了PCA1和PCA2与免疫细胞的相关性。随后，作者对分布在分支末端的GBM进行预后分析，3组患者预后较1组患者差，提示免疫图谱可用于区分患者和预测预后。

根据每个GBM样本在免疫图谱中的分布情况，作者将IS3亚型的GBM进一步分层为IS3A、IS3B和IS3C三个免疫亚型。其中IS3A预后较其他类型好。免疫评分在各免疫亚型间存在显著差异。这些发现表明，免疫环境是免疫分型的重要补充。

7、GBM免疫相关基因的WGCNA分析

作者对GBM的免疫相关基因进行了WGCNA分析，发现IS2的特征基因在黑色、绿色等模块较多，而IS3的特征基因在棕色、粉色和蓝绿色模块较多。作者发现绿色模块和棕色模块的模块特征基因与GBMs的预后显著相关，且棕色模块和绿色模块的模块特征基因分别与PCA2和PCA1呈正相关。作者又对预后相关模块进行生物学功能分析，发现棕色和绿色模块的特征基因在不同通路上富集。最后，作者鉴定出PLAUR、F13A1、THBD、CD300E、HK3、FPR2、SOCS3、NDUFB9、PSMD6、PSMD10、CACYBP、GEMIN6和PSMD14等13个基因为棕绿模块相关性大于80%的枢纽基因。这些基因被认为是mRNA疫苗的潜在生物标志物。

四、总结

在这项研究中，作者确定了6个在GBMs中可能具有作为疫苗靶点和刺激APC活化潜力的肿瘤抗原(ARHGAP9、ARHGAP30、CLEC7A、MAN2B1、ARPC1B和PLB1)。作者又对免疫相关基因进行了聚类分析，并确定了三种具有不同临床预后和免疫特征的免疫亚型，表明每种亚型需要不同的治疗策略。其中，IS3亚型的GBM患者更可能从接种疫苗中获益。

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