哈喽，小记者又上线咯！又到了每日生信创新思路分享的时间啦。今天小伙伴们会有什么新收获呢？让我们一起来期待一下~
今天小记者想给小伙伴们推荐一篇思路新颖的细胞焦亡相关文章。细胞焦亡(pyroptosis)是由炎性小体引发的一种细胞程序性死亡，表现为细胞不断胀大直至细胞膜破裂，导致细胞内容物释放进而引起强烈的炎症反应。近两年，不管在SCI发文数量上，还是国自然中标的数量上，关于细胞焦亡的研究在数量上都是呈上升趋势，所以小记者想帮小伙伴们搭上热点的班车，快速起飞！
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题目：胃癌患者焦亡的综合多组学分析优化新辅助免疫治疗
杂志：Theranostics
影响因子：IF=12.4
研究背景
近年来，细胞焦亡作为肿瘤免疫治疗中炎症细胞死亡的一种机制，得到了广泛的研究。有研究者发现，焦亡在免疫应答中起重要作用。然而，在胃癌(GC)中，焦亡对肿瘤微环境重塑和免疫治疗的影响尚不清楚。
数据来源
数据集/队列 |
数据库 |
数据类型 |
详细信息 |
GSE15459 |
GEO |
RNA-seq数据 |
56例胃癌样本 |
GSE54129 |
GEO |
RNA-seq数据 |
21例正常样本和111例胃癌样本 |
GSE62254 |
GEO |
RNA-seq数据 |
300例胃癌患者样本 |
TCGA-STAD |
TCGA |
RNA-seq数据 |
408例胃癌患者样本 |
四个独立的中国医学队列 |
四个独立的中国医学队列 |
RNA-seq数据 |
术后978例胃癌患者样本 |
本研究通过GEO数据(GSE15459、GSE54129和GSE62254)探索细胞焦亡的免疫调节作用。采用TCGA队列分析与焦亡相关的分子事件，构建焦亡风险评分(PRS)。通过三个公共数据库(n=925)和四个独立的中国医学队列(n=978)的术后GC样本验证PRS的预后性能。利用单细胞测序和多重免疫荧光技术研究与PRS相关的免疫细胞浸润景观。本研究将接受新辅助免疫治疗的胃癌患者(n=48)和接受新辅助化疗的胃癌患者(n=49)纳入研究，探讨PRS在新辅助免疫治疗中的价值。
主要结果
1. 细胞焦亡在胃癌微环境中起免疫调节作用
本研究首先采用不同的计算方法估计免疫细胞浸润水平与不同程度的细胞焦亡的相关性(图1A)。结果显示，高焦亡组可解释为免疫“热”肿瘤，与T、CD4+T、CD8+T、NK等多种具有抗肿瘤活性的免疫细胞的高浸润有关。相比之下，根据TIDE算法，低焦亡组与“免疫抑制模式”、“低功能障碍”和“高免疫排斥评分”相关(图1A)。此外，本研究利用TIP算法可视化细胞焦亡期间的抗肿瘤免疫状态。结果显示，高焦亡组抗肿瘤免疫状态较强，有利于抗肿瘤免疫细胞的募集(图1B)。
图1 细胞焦亡在胃癌微环境中起免疫调节作用
2. 细胞焦亡的多组学与免疫景观分析
随后，本研究根据PyScore中位数将人群分为高焦亡组和低焦亡组。细胞焦亡相关基因的表达随着PyScore的升高而增加(图2A)。本研究确定了最有可能参与细胞焦亡调控的分子事件，包括一系列差异表达的lncRNA、蛋白质编码RNA、miRNA、CpG位点的甲基化和甲基化区域的基因(图2A)。在热图中标记出各组中差异最显著的前10个分子事件(图2A)。本研究从TCGA-STAD获取HE染色数据，评估不同程度细胞焦亡的GC的组织病理学结构(图2B)。GC组织切片显示高水平的细胞焦亡(PyScore=1.750)，显示三级淋巴样结构。相比之下，低水平的细胞焦亡的胃切片未观察到这种景观(PyScore=-2.192)(图2B)。在高焦亡的GC组织切片(PyScore=10.449)中，肿瘤浸润淋巴细胞数量显著增加(图2C)。组织病理学切片证实高焦亡组免疫细胞浸润率较高(图2C)。
图2 细胞焦亡的多组学与免疫景观分析
3.焦亡风险评分的构建
本研究分析了免疫影响胃癌预后的细胞焦亡相关的关键基因，并利用这些基因构建了一个能够有效评估胃癌诊断和治疗的模型。本研究筛选高、低焦亡组之间的关键差异表达基因，然后通过LASSO-Cox回归，生成预测模型。最终，最佳模型包括4个与预后显著相关的基因(PTPRJ、BATF2、RGS1、VCAN)，构成PRS(图3A)。所有四种风险相关基因都在细胞焦亡中起关键作用(图3B-C)。
图3焦亡风险评分构建
4. PRS的预后疗效及临床特征的验证
为了进一步验证PRS在GC中的预后价值，本研究在三个公共数据库和来自四个中国医学队列的大量样本中探索了其预后价值。ROC曲线显示，PRS能够可靠地预测5个队列的预后(图4A)。PRS的预测准确率明显优于AJCC8th、年龄、性别(图4A)。生存分析显示，在所有5个队列中，PRS low组具有显著的生存优势(图4B)。多队列的单因素和多因素Cox回归分析证实了PRS的预后价值(图4C)。
图4 PRS的预后疗效及临床特征的验证
5. 建立细胞焦亡与PRS的免疫景观
为了进一步构建PRS的免疫景观，本研究使用ssGSEA算法进行免疫细胞丰度的聚类。本研究观察到三种免疫亚型的PRS存在显著差异，并且免疫排除亚型的评分升高，免疫炎症亚型的评分降低(图5A)。PRS low组免疫炎性肿瘤比例为53.5%(68例)，明显高于PRS high组免疫炎性肿瘤比例（26.2%）(图5B)。本研究对8个胃癌样本进行了scRNA-seq分析，其中4个样本的PRS最高，4个样本的PRS最低。为了描述肿瘤细胞的转录组谱，本研究进行了无监督细胞聚类分析，发现了14种独特的细胞簇(内皮细胞、上皮细胞、效应T细胞、CD4+ T细胞、浆细胞、内分泌细胞、增殖细胞、成纤维细胞、肥大细胞、B细胞、dc细胞、周细胞、单核细胞和巨噬细胞)（图5C)。本研究量化了8个样品中各种细胞团的含量(图5D)。在PRS high和PRS low人群中，效应T细胞和CD4+ T细胞含量的差异最为显著(图5E)。采用多重免疫荧光染色观察PRS对这些细胞浸润及空间分布的影响(图5F)。PRS low组CT和IM的肿瘤巢和间质中均高度富集效应T细胞和CD4+ T细胞(图5F-G)。本研究进一步探讨了不同PRS群体TAM入渗极化的特征。结果显示，仅在CT上观察到，低PRS具有更高的M1巨噬细胞富集，而高PRS具有更高的M2巨噬细胞富集 (图5H)。
图5 建立细胞焦亡与PRS的免疫景观
6. PRS预测胃癌患者新辅助免疫治疗的疗效
本研究收集了48例胃癌患者在新辅助免疫治疗前的胃镜玻片。多重免疫荧光染色图像显示，PRS能够对胃镜下组织进行评价(图6A)。免疫治疗后通过影像学评估患者肿瘤消退等级(TRG)和RECIST标准(图6B-C)。研究发现PRS low组的肿瘤消退更大，肿瘤消退组的PRS明显降低(图6D)。此外，使用放射学RECIST评估，低PRS的患者有更高的客观反应率。3例低PRS患者完全缓解(CR)， 13例部分缓解(PR)，客观缓解率(ORR)为66.7%，明显优于高PRS患者(ORR =33.3%)(图6E)。CR/PR组的PRS明显低于对照组(CR/PR)(图6E)。ROC诊断曲线显示，PRS的曲线下面积(AUC)明显优于CPS和免疫炎症表型(图6F - G)。单因素和多因素逻辑回归分析支持PRS与免疫治疗获益之间的强关联(图6H- I)。此外，低PRS患者的术后无复发生存期明显优于高PRS患者(图6J)。这些结果表明，PRS可用于评估新辅助免疫治疗显著获益的GC患者。因此选取49例仅接受相同新辅助化疗方案的患者作为对照组。接受新辅助化疗患者的ROC诊断曲线显示，PRS的AUC值为0.658 (TRG评价)和0.661 (ORR评价)，低于接受新辅助免疫治疗患者的AUC值(TRG评价的AUC=0.787;ORR的AUC=0.780)(图6F，6G)。总的来说，PRS的预测能力可能对新辅助免疫治疗更具特异性(表1)。
图6 焦亡风险评分(PRS)能有效预测胃癌患者新辅助免疫治疗的治疗效果
表1 新辅助ICI联合化疗的临床病理特点
文章小结
本研究发现细胞焦亡激活了肿瘤微环境中的免疫过程，低PRS与肿瘤部位抗肿瘤免疫细胞浸润增强、焦亡活性增加和患者预后改善相关。本文构建的PRS可作为一种有效的定量工具进行焦亡分析，指导GC患者更有效的免疫治疗策略。看完这篇文章小伙伴们有没有被其创新思路所折服？本研究以科研热点“细胞焦亡”为主要研究对象，妥妥滴吸引审稿人的眼球，这是本文得高分的“起点”！其次，本研究通过大量数据，进行PRS的构建与验证，大量数据集的使用，使文章的可信度瞬间提高！最后，通过单细胞测序+多重免疫荧光技术等分析了PRS在免疫治疗中的作用，更是把文章提升了一个台阶，12分+轻松到手！想在细胞焦亡方向做点新东西的小伙伴，不要错过这个好思路，可以换个疾病复现，还可以拓展做国自然课题，一举两得，有需要的小伙伴可以来找小记者做设计哟~
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