文献详解丨肿瘤预后纯生信13+文章，你也值得拥有！
撰写： 羁绊 来源：小张聊科研平台的“ i生信”公众号，微信公众号搜索“ i生信”即可关注/扫描关注见文末
#生信分析# #生信发文# #肿瘤预后#
最近小编找纯生信高分文章发现大多都是肿瘤预后模型相关的文章，但是能突破13+的文章还是较少的。今天我们就来详细解读这篇高分纯生信文章究竟有哪些亮点！文章标题：An Immune-Related Gene Prognostic Index for Head and Neck Squamous Cell Carcinoma.
研究背景
免疫检查点抑制剂(ICI)治疗已被证明是治疗头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）的一种有效治疗方法，但ICI治疗的主要局限性是患者对ICI治疗的应答率低。识别与治疗效益相关的潜在预后标记物可以使HNSCC患者的免疫治疗个体化。因此，迫切需要全面了解HNSCC的肿瘤微环境，寻找有价值的生物标志物来预测免疫治疗对HNSCC患者的疗效。
本文的研究目的在于构建头颈部鳞状细胞癌(HNSCC)免疫相关基因预后指数(IRGPI)，阐明IRGPI定义的HNSCC亚群的分子和免疫特点以及免疫检查点抑制剂(ICI)治疗的益处。
研究思路
以TCGA数据库中HNSCC mRNA数据集为基础，通过加WGCNA分析筛选出22个免疫相关Hub基因。用Cox回归方法确定免疫相关遗传预后指标(IRGPI)的3个基因，并用GEO数据集进行了验证。最后，分析IRGPI定义的亚组的分子和免疫特点以及ICI治疗的益处。
研究结果
筛选免疫相关Hub基因
基于TCGA数据库中HNSCC mRNA数据，通过肿瘤组和正常对照组的差异表达分析，筛选差异表达基因。再将这些差异基因与从ImmPort和InnateDB获得的免疫相关基因取交集，获得差异表达的免疫相关基因。然后，对差异表达的免疫相关基因进行WGCNA分析，这些基因被分配到7个模块，选择与HNSCC肿瘤相关性最高的模块，再获取模块中与免疫相关的前50个Hub基因。最后，再筛选出与HNSCC患者的OS密切相关的基因，最终获得了22个免疫相关的Hub基因。
接下来，作者探索了这22个免疫相关Hub基因的特征。22个免疫相关Hub基因大多存在扩增、深度缺失和错义突变。在TF和ncRNA分析中，构建了Hub基因与miRNAs、lncRNAs及转录因子TF的互作关系网络，并对调控网络中的基因进行了KEGG通路富集分析，发现它们在糖尿病并发症、癌症转录调控失调等通路中显著富集。
预后模型构建与评估
对22个免疫相关Hub基因进行多因素Cox回归分析，发现只有3个基因(sFRP4、CPXM1和COL5A1)显著影响HNSCC患者的OS。然后，根据这3个基因表达构建了患者的预后指数IRGPI（公式：IRGPI=sFRP4*(-0.18)+CPXM1*0.29+COL5A1*(-0.23)）。
基于预后指数IRGPI，将TCGA数据集中HNSCC患者分为IRGPI高低两个亚组。单因素Cox回归分析显示，年龄、IRGPI、HPV状态和分期与HNSCC预后显著相关。多变量Cox回归分析证实，在调整了其他临床病理因素后，IRGPI是一个独立的预后因素。
以IRGPI的中位数为临界值，IRGPI高的患者比IRGPI低的患者有更好的OS。然后，通过GEO外部独立数据集验证发现与TCGA数据集的结果一致。总之，IRGPI是预测HNSCC预后的有效生物标志物，IRGPI高的患者生存较好，IRGPI低的患者生存较差。
不同IRGPI亚群的分子特征
GSEA用于确定不同IRGPI亚群中富集的基因集。高IRGPI样本的基因集在DNA修复和免疫反应相关的途径中富集，低IRGP样本富含肿瘤和肿瘤转移相关途径。接下来，作者通过基因突变分析，以深入了解IRGPI亚群的免疫学性质。分析发现高IRGPI亚组的突变数明显高于低IRGPI亚组。然后，确定了IRGPI亚组中突变率最高的前10个基因其中，SYNE1和NSD1基因突变在高IRGPI亚组中较常见，而PIK3CA和LRP1B基因突变在低IRGPI亚组中较常见。最后，作者探究了IRGPI评分与PD-L1表达和TMB的关系。结果，IRGPI评分与TMB略有相关，而IRGPI评分与PD-L1无明显相关性。
不同IRGPI亚群的免疫特性
为了分析不同IRGPI亚组中免疫细胞的组成，作者通过Wilcoxon检验比较了不同IRGPI亚群中免疫细胞的分布。结果发现高IRGPI亚组中CD8T细胞、naïve CD4 T细胞、激活记忆CD4 T细胞、静息NK细胞和M1巨噬细胞更为丰富，而IRGPI低亚组中naïve CD4 T细胞、静息记忆CD4 T细胞和M2巨噬细胞更为丰富。然后，作者进一步研究了IRGPI的预后价值是否源于较好的免疫控制或较少侵袭性的肿瘤生长。结果发现，上皮-间充质转化、TGF和WNT相关信号评分越高的患者预后越差，而p53突变越多、CD8T细胞越多、M1巨噬细胞越多的患者预后越好。因此，作者认为IRGPI的预后价值可能源于较好的免疫控制和较低的侵袭性肿瘤生长。
IRGPI分型与其他免疫亚型和分子亚型的关系
已有研究根据肿瘤和间质亚型将HNSCC分类为三种免疫亚型：非免疫亚型、免疫耗竭亚型和免疫活性亚型。结果发现，非免疫样本的比例在两组之间几乎相等，但在高IRGPI亚组中，免疫活性亚型样本的比例多于低IRGPI亚组，而免疫耗竭的样本则少于低IRGPI亚组。在分子亚型方面，主要根据全基因组图谱分类为四种不同的分子亚型，即非典型型、基底亚型、经典型和间质型。在该研究中，低IRGP亚组和高IRGP亚组中四种分子亚型样本占比如下图：经典亚型在两组间分布基本均匀，但高IRGPI亚组的非典型样本和基础样本多于低IRGPI亚组，间质样本少于低IRGPI亚组。总之，IRGPI-高亚组的免疫反应活跃，肿瘤侵袭性较低，而IRGPI-低亚组的免疫抑制反应和肿瘤侵袭性较强。
ICI治疗对不同IRGPI亚组的益处
接下来，作者通过TIDE评估不同IRGPI亚型的免疫治疗的潜在临床疗效。TIDE预测得分越高，免疫逃避的可能性越大，表明患者从ICI治疗中获益的可能性较小。研究结果发现，高IRGPI亚组的TIDE评分低于低IRGPI亚组，这意味着IRGPI高的患者可以比IRGPI低的患者从ICI治疗中获益更多。此外，TIDE得分越高，患者预后越差。因此，IRGPI高、TIDE评分低的亚组预后可能好于IRGPI低、TIDE评分高的亚组。
为了进一步验证IRGPI的预后价值，作者对接受抗PD-L1治疗的两个尿路上皮癌数据集进行了生存分析。发现IRGPI可以区分接受抗PD-L1治疗的患者的不同结果。据报道，TIDE和TIS，可以预测患者对免疫治疗的反应。TIDE是用来确定肿瘤免疫逃逸的两个机制：在细胞毒性T淋巴细胞(CTL)水平高的肿瘤中诱导T细胞功能障碍，以及在CTL水平低的肿瘤中预防T细胞浸润。而T细胞炎症标志物TIS为临床级分析提供了有关TME的定量和定性信息。在该研究中，IRGPI的预测价值与TIDE和TIS相当，IRGPI只由3个基因组成，比TIDE和TIS更容易检测到。综上所述，IRGPI是一种很有前景的免疫相关预后生物标志物，IRGPI分组有助于区分免疫和分子特征，预测患者预后。
文章结论
该研究构建了基于sFRP4、CPXM1和COL5A1基因的IRGPI。IRGPI-高的患者的总体存活率(OS)比IRGPI-低的患者更好。综合结果显示，IRGPI评分高与DNA修复途径有关，TP53突变率低，CD8T细胞、CD4 T细胞和M1巨噬细胞浸润高，免疫活跃，侵袭性小，ICI治疗获益较多。相反，IRGPI评分低与癌症和转移相关途径、高TP53和PIK3CA突变率、高B细胞、M0巨噬细胞和M2巨噬细胞浸润、免疫抑制和更具侵袭性的表型有关，而从ICI治疗中获益较少。总之，IRGPI是区分HNSCC预后、分子和免疫特征以及ICI治疗免疫效益的有前途的生物标志物。
小编有话说：
下面一起来讨论一下这篇肿瘤预后模型纯生信文章凭借什么能发表在影响因子10+的期刊上。小编认为有以下几点：（1）生信分析工作量是足够的，WGCNA、基因突变，mRNA-TF-ncRNA网络构建，模型构建与验证，免疫浸润分析等等，总之能做的生信分析做了个遍 ；（2）生信分析结果还是很好的，尤其是ROC分析中的AUC值，简直就是别人的生信结果，羡慕！（3）这篇文章的讨论部分写的真好，将生信分析结果与临床生物学问题紧密结合，能够深刻感受到作者扎实的专业知识与写作技能！
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/ovPSmBEa_409H8yEBKLUBw