胰腺癌免疫亚型的发现及其在PD-1/PD-L1阻断治疗中的意义与机制研究

来源 :北京协和医学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:d7703679
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研究背景胰腺导管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma,PDAC)发病率逐渐增长,但其总体5年生存率仍不足10%,严重威胁人类健康及生命安全。虽然胰腺癌化疗取得了一系列的进展,但其疗效仍不理想,有效率也仅约为40%。PDAC患者急需新的有效的治疗方法。程序性细胞死亡蛋白1(programmed death 1,PD-1)/程序性死亡1配体1(programmend death ligand 1,PD-L1)阻断治疗,作为一种很有希望的免疫检查点抑制治疗方案(immune checkpoint blockade,ICB),在一些肿瘤中显示出良好的临床疗效。然而,单药ICB对于PDAC患者并未显现出明显的疗效,此结果可能与PDAC的低免疫原性以及肿瘤微环境中存在的多种免疫抑制调节机制有关。所以,对PDAC进行精准的免疫分型可能会寻找到对ICB敏感的患者,另外ICB联合肿瘤微环境中的其它靶点的综合治疗方案可能进一步提高治疗疗效。在过去的十余年中,PDAC相关的分子遗传学大数据研究的重大进展促进了对PDAC分子发病机制的理解,并为设计更为有效的治疗方案提供了线索。然而,到目前为止,仍然缺乏一种基于免疫特征的分子分型策略以更好地理解免疫反应的异质性和ICB治疗无效的原因。研究目的(1)建立以5个免疫特征基因集为基础的PDAC患者分型策略;(2)描绘PDAC各亚型免疫微环境特征,分析其对患者生存与ICB治疗效果的影响;(3)筛选潜在的ICB协同治疗靶点,评估其对胰腺癌免疫微环境特征的相关性;(4)探究协同靶点参与免疫调控的分子机制及对ICB治疗的影响。研究方法(1)以TCGA、ICGC和GEO公共数据库共383份PDAC转录组数据为基础,通过5个免疫特征基因集(Macrophages,Lymphocyte,IFN-y,TGF-β,和Wound healing)富集分析和无监督聚类,建立PDAC的免疫亚型模型;(2)通过xCell软件、R程序对各免疫亚型进行免疫细胞类型和免疫调节相关基因富集差异分析;ESTIMATE软件计算各免疫亚型的免疫和基质评分,评估免疫微环境特征;COX回归等方法分析免疫相关基因集、免疫细胞、免疫调节因子与PDAC患者总生存期的关系,C-index指数用以评估预后模型的准确度;利用生物信息学分析方法筛选可能提高ICB疗效的靶点;(3)通过生信分析的方法筛选潜在的ICB协同治疗靶点,利用PDAC组织芯片验证靶点与临床特征的相关性,利用xCell软件、R程序分析协同靶点与免疫细胞浸润和免疫调节相关基因富集的相关性;(4)通过质粒构建、细胞稳转株构建、Western Blotting等方法体外探索其对肿瘤细胞PD-L1表达的分子调控机制;通过建立免疫健全小鼠PDAC模型,探索该靶点对ICB的协同作用。研究结果(1)通过R程序对383份PDAC转录组数据共聚类分析,构建出三种PDAC免疫亚型(Cluster 1,C1;Cluster 2;Cluster 3,C3),各亚型间具有明显的免疫特征和预后差异。亚型C1以“免疫沉默”为特征,主要表现为免疫调节因子缺乏;亚型C2以“免疫抑制”为特征,主要表现为TGF-β通路和基质反应显著活跃,该型患者的预后最差;亚型C3以“免疫活跃”为特征,主要表现为丰富的免疫细胞浸润和免疫调节因子富集;(2)各亚型免疫特征(免疫细胞和免疫调节因子)的差异揭示了抗PD-1/PD-L1治疗的不同适用性,以及对每个亚型对其他免疫治疗的潜在敏感性。C3组患者更适合抗PD-1/PD-L1治疗;(3)结合免疫亚型的细胞和分子特征,筛选出有希望改善抗PD-1/PD-L1治疗的靶点TGM2,免疫组织芯片验证TGM2与患者不良预后相关,并揭示了TGM2与PDAC抑制性免疫微环境特征的相关性;(4)对肿瘤细胞内的TGM2与PD-L1的调控关系进行探索,提出TGM2可通过STAT3转录因子途径、AKT/NF-kB通路调控PD-L1表达。通过动物药物实验揭示TGM2沉默联合PD-1抑制剂治疗可有效减缓小鼠肿瘤生长,提出TGM2是抗PD-1/PD-L1治疗的潜在协同靶点。研究结论(1)PDAC呈现出高度的异质性,基于免疫特征差异,可以分为三个不同的免疫亚型,分别以免疫沉默、免疫抑制和免疫活跃为特征。(2)免疫亚型间的免疫特征差异,对提示免疫治疗敏感性及预后转归具有重要价值,C3亚型更适合PD-1/PD-L1治疗。(3)TGM2与PDAC抑制性免疫微环境特征相关。(4)TGM2可以调控PDL1的表达,沉默TGM2可以提高ICB的疗效,具有潜在的临床应用前景。
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