肿瘤微环境对食管鳞状细胞癌的影响及其关键基因初探

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背景与目的:食管鳞状细胞癌(Esophageal squamous cell carcinoma,ESCC)是最易发生的,具有高度异质性的食管癌组织学类型。ESCC起病隐匿,患者预后较差,5年总生存率不到20%。因此,寻找ESCC早期生物标志物是很有必要的。肿瘤微环境(Tumor microenvironment,TME)在肿瘤发生、发展和侵袭中发挥重要作用,其状态在很大程度上影响免疫治疗的疗效。目前关于ESCCTME分子特征的研究还很薄弱,难以建立其分子景观。近年来发现竞争性内源RNA(Competitive endogenousRNA,ceRNA)假说在肿瘤相关分子生物学机制中具有重要意义。因此,本研究基于转录组学数据探究TME对ESCC的影响及其可能的分子调控机制。方法:下载癌症基因组图集数据库(The cancer genome atlas,TCGA)中ESCC患者的测序数据和临床信息,通过单样本基因集富集分析(Single sample gene set enrichment analysis,ss GSEA)基于免疫细胞亚群基因集筛选TME相关分子分型(C1-C4),并确定各分型在预后价值、临床特征、药物敏感性和肿瘤成分等方面的差异,从而探究TME对ESCC特征分布的影响;随后,使用‘CIBERSORT’和‘ESTIMATE’程序,量化ESCC患者TME中基质和免疫细胞的相对丰度。分析不同免疫浸润水平患者的差异表达基因后,利用加权基因共表达网络分析(Weighted correlation network analysis,WGCNA)和miRNA预测系统构建ceRNA网络并使用‘Cytoscape’进行可视化。接着,利用生存分析进一步缩小标志物筛选范围,以深入探究调控网络中的DElncRNAs、DEmiRNAs和DEmRNAs的预后价值。综合免疫富集分型基因组和生存相关ceRNA网络的结果,选择与ESCC-TME密切相关的生存预测因子(CD86)进行验证。最后,使用组织芯片进行免疫组织化学染色(Immunohistochemistry,IHC),探究CD86在ESCC中的差异表达及其对患者临床特征和预后的影响。本研究中有关TCGA数据集的生物信息学分析结果均采用外部数据集进行验证。结果:基于免疫相关基因集富集分析,筛选出4个TME相关分子分型(C1-C4),这些分型以免疫检查点蛋白的高低表达、免疫过程的富集差异以及浸润细胞的不同分布为特征。其免疫浸润程度为:C1>C4>C3>C2。生存分析结果表明,免疫富集分型(C1)患者预后较差,这可能与免疫抑制细胞群的聚集相关。而C1分型对抗PD-1和多西他赛等药物更为敏感的特性也为ESCC患者提供新的治疗策略。此外,该分型系统与基质细胞和干细胞的丰度密切相关,这为解释肿瘤免疫逃逸提供新的思路。另一方面,Log-rank检验和COX回归分析证实,TME相关ceRNA网络中的LCP2、CD86和SLA分子与患者预后显著相关。结合免疫富集分型(C1)基因集筛选结果,最终确定关键标志物(CD86)进行验证。IHC结果表明CD86在ESCC组织中表达升高,且其表达水平与患者预后显著相关(p<0.05)。结论:本研究基于转录组学分析证实,TME显著影响ESCC的临床特征和免疫治疗反应。同时,我们筛选出与ESCC免疫浸润水平相关的重要标志物—CD86。CD86具有成为ESCC治疗靶点的潜能,其高表达状态是ESCC患者预后的独立危险因素。本研究为深入探索ESCC-TME相关分子机制提供系统视角,同时也为高效准确地筛选肿瘤生物标志物提供新思路。
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