最近看到了一个肿瘤免疫微环境的数据分析好文章,标题是:《Conserved pan-cancer microenvironment subtypes predict response to immunotherapy》,链接:https://doi.org/10.1016/j.ccell.2021.04.014 ,是德克萨斯大学 MD 安德森癌症中心 的研究团队与2021年7月发表在:《Cancer Cell》杂志。
该数据挖掘的重点结论是:使用29 个TME 特征基因集合 对肿瘤转录组队列可以无监督聚类确定了四种不同的微环境亚型:
文章里面的knowledge-based functional gene expression signatures (Fges)就是TME 特征基因集合 ,在附件有全部的基因信息:
如果你想复用它,可以看文章的附件去复制粘贴哦 :
这29 个 TME 特征基因集合 有一个简单的生物学意义分组:
TME classification by transcriptomic analysis of >10,000 cancer patients identifies four distinct TME subtypes conserved across 20 different cancers.
如下所示,很容易下载TCGA的全部癌症的表达量矩阵,并且使用29 个TME 特征基因集合 进行打分,打分的方法非常多其实,我们介绍过 对单细胞表达矩阵做gsea分析的代码,以及 单细胞转录组数据的批量GSVA代码大放送。
得分可以热图可视化如下所示 :
比较好的区分成为了4类,是无监督的,另外一个展现方式是降维图,这里是tSNE的,如下所示:
从热图和降维图,都可以很明显的看到1万多个肿瘤样品可以分成4组。对应前面的结论:使用29 个TME 特征基因集合 对肿瘤转录组队列可以无监督聚类确定了四种不同的微环境亚型:
后面就是丰富一下图表来描述这四种不同的微环境亚型,具有很好的跨癌症的应用场景,如下所示:
可以看到这样的4分类,在每个癌症都可以应用,而且后续还有举例的癌症内部4分类后的生存分析意义。
简单的生存分析当然不能满足《Cancer Cell》杂志要求,还可以进行免疫治疗队列的生存分析意义探索。
免疫系统在 TME 中具有多方面的作用,癌症免疫编辑的概念得到了许多研究证据的支持,癌症免疫编辑是免疫系统可以约束和促进肿瘤发展的过程,其通过称为消除(elimination),平衡(equilibrium)和逃逸(escape)的三个阶段进行。在这些阶段中,免疫系统改变肿瘤的免疫原性,并促进编辑的肿瘤逃避免疫识别。
其它类似的学说包括:
2017 年 1 月,Daniel Chen 提出了一个新的癌症免疫表型 ,可以看作是免疫冷肿瘤与热肿瘤的升级版。Daniel Chen 将肿瘤分为 3 种表型:免疫炎症型,免疫豁免型和免疫沙漠型。
免疫炎症型(immune-inflamed tumor)的肿瘤内部、基质、周围环境均有大量的免疫细胞浸润,处于激活或半激活状态。ICI 容易在该免疫表型中发挥抗肿瘤效应。
免疫豁免型(immune-exclude tumor)肿瘤细胞周围也有大量免疫细胞存在,但免疫细胞不能渗透到肿瘤细胞内核,而是被限制在肿瘤细胞的外围基质。
免疫沙漠型(immnue-desert tumor)无论在肿瘤细胞内核和外围基质均缺乏 T 细胞。免疫沙漠型和免疫豁免型均被认为是非免疫感染表型。
见:Chen DS, Mellman I. Nature. 2017 Jan 18 541(7637) 321-330.
2019 年 3 月,Jake O’donnell 的一篇综述将肿瘤微环境分为 4 个模式 :
第1 类 TME 肿瘤具有较高的肿瘤突变负荷(TMB)水平和炎症基因表达,提示可能存在持续功能性抑制的免疫应答。具有 TMB 水平或 T 细胞炎症基因特征的肿瘤似乎对 ICI 应答更好。
第2 类 TME 肿瘤的 TMB 水平低,且缺乏炎症基因的表达。具有免疫无感或免疫细胞排斥表型的肿瘤可能属于 2 类 TME。这类肿瘤患者如果接受免疫治疗,预后可能最差。
第3 类 TME 肿瘤的 TMB 高于 2 类,但低于 1 类肿瘤的 TMB,提示免疫原性新抗原可能是这些肿瘤的潜在靶点。但 3 类肿瘤中没有炎症基因表达提示 3 类肿瘤可能对免疫疗法不敏感。
第4 类 TME 肿瘤中 TMB 水平低,但炎症基因表达高,这类肿瘤的 PD-1/PD-L1 免疫抑制机制不占主导地位,但是目前对免疫治疗的应答率尚不清楚。
见:O'Donnell JS, Teng MW, Smyth MJ. Nat Rev Clin Oncol. 2019 Mar 16(3) 151-167.
绝大部分的肿瘤研究单细胞研究我介绍过 CNS图表复现08—肿瘤单细胞数据第一次分群通用规则,这个第一次分群规则是 :
很明显,前面提到的2021年7月发表在:《Cancer Cell》杂志里面的29个knowledge-based functional gene expression signatures (Fges),可以在单细胞水平做一个泛癌研究。
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