Hluti Ⅰ Auðkenning og staðfesting á ónæmistengdu genapari undirskrift fyrir þrjú þvagfærakrabbamein

Ágrip

Áreiðanleg lífmerki eru nauðsynleg til að þekkja þvagfærakrabbameinssjúklinga sem eru í mikilli hættu á endurkomu. Í þessari rannsókn bjuggum við til nýja ónæmistengda genapörundirskrift til að spá fyrir um endurkomu þriggja þvagfærakrabbameina samtímis. Við tókum saman 14 opinberlega aðgengilegar genatjáningarsnið, þar á meðal krabbamein í þvagblöðru, blöðruhálskirtli og nýrum. Alls voru 2.700 sýni flokkuð í þjálfunarsett (n=1,622) og staðfestingarsett (n=1,078). 25 ónæmistengda genapörin sem samanstanda af 41 einstöku geni var þróuð með minnstu algeru rýrnunar- og vali aðhvarfsgreiningu og Cox aðhvarfslíkani. Undirskriftin flokkaði sjúklinga í áhættuhópa sem voru með mikla og lága áhættu með marktækt mismunandi lifun án bakslags í meta-þjálfunarsettinu og undirhópum þess og var óháður forspárþáttur þvagfærakrabbameins. Þessi undirskrift sýndi sterkan hæfileika í meta-fullgildingu og mörgum óháðum staðfestingarhópum. Ónæmis- og bólgusvörun, krabbameinslyf og frumuvirkni voru auðguð með genum sem skipta máli fyrir undirskriftina. Marktækt hærra íferðarstig M1 átfrumna fannst í áhættuhópnum á móti hópnum sem var með litla áhættu. Að lokum, undirskrift okkar er efnilegur forspár lífmerki til að spá fyrir um lifun án bakslags hjá sjúklingum með þvagfærakrabbamein.

Leitarorð

Þvagfærakrabbamein; Lífmerki; Ónæmistengd genapör; Lifun án endurkomu; Prognostic biomarker;Kostir Cistanche.

Smelltu hér til að fá frekari upplýsingar umhver eru áhrif Cistanche

Kynning

Krabbamein í þvagblöðru, krabbamein í blöðruhálskirtli og nýrnakrabbamein eru helstu æxlin í þvagfærum og tæplega 2,4 milljónir nýrra tilfella greinast á hverju ári [1]. Framfarir markvissrar meðferðar og nýviðbótarmeðferðar hafa lengt lifun sjúklinga [2-4]. Hins vegar þjást fjölmargir sjúklingar af köstum jafnvel eftir algjöra skurðaðgerð [5-7], og spár þeirra eru enn ekki bjartsýnir. Áreiðanlegur forspár lífvísir sem gæti greint sjúklinga með meiri hættu á bakslagi og valið sjúklinga sem hafa svörun við meðferð væri dýrmætt fyrir meðhöndlun þvagfærakrabbameins.

Gentjáningarmerki hafa verið auðkennd fyrir lifunarlagskiptingu blöðrukrabbameins [8, 9], krabbameins í blöðruhálskirtli [10, 11] og nýrnakrabbameins [12, 13]. Hins vegar hafa flestir lífvísar ekki verið þýddir í klínískar framkvæmdir vegna ofþættar þjálfunargagnasetta eða skorts á fullnægjandi sannprófun [14]. Tækifæri til að þróa áreiðanlegri forspár lífmerki hefur verið fært með nægum stórum opinberum genatjáningargagnasöfnum [15, 16]. Hins vegar er áskorun að samþætta gögn sem fengin eru frá mismunandi kerfum. Hin hefðbundna aðferð hefur gert það erfitt að staðla mismunandi gagnapakka, miðað við tæknilega hlutdrægni og líffræðilega misleitni margra vettvanga [17, 18]. Nýjar aðferðir byggðar á hlutfallslegri röðun genatjáningarstigs hafa verið notaðar til að útrýma kröfunni um forvinnslu gagna og hafa náð sterkum árangri í mörgum forritum [19-21].

Vaxandi vísbendingar hafa gefið til kynna að ónæmisörumhverfi æxlis sé í tengslum við myndun og framvindu þriggja helstu þvagfæraæxla [22-24]. Ónæmiseftirlitssameindirnar, svo sem forritaður frumudauði 1 (PD-1), PD-1 bindill 1 (PD-L1) og frumudrepandi T-eitilfrumutengd mótefnavaka 4 (CTLA-4) , hafa sýnt fram á ótrúlega, varanlega svörun við krabbameini í þvagblöðru [25, 26], krabbameini í blöðruhálskirtli [27, 28] og nýrnakrabbameini [29, 30]. Lífmerkin sem tengjast æxlisónæmis örumhverfinu geta þannig haft möguleika sem forspármerki um þvagfærakrabbamein.

Eins og kunnugt er eru þvagblöðrukrabbamein, krabbamein í blöðruhálskirtli og nýrnakrabbamein náskyld líffærafræðilega og stafa af svipuðum móðgunum sem stuðla að æxlismyndun [31-33]. Þess vegna höfum við þróað í þessari rannsókn undirskrift sem byggir á ónæmistengdum genapörum (IRGPs) til að spá samtímis fyrir um endurkomu krabbameins í þvagblöðru, krabbameini í blöðruhálskirtli og nýrnakrabbameini.

Cistanche tubulosa

efni og aðferðir

1. Rannsóknarhönnun og gagnasöfn

Við greindum ítarlega 14 genatjáningarsnið í þremur þvagfæraæxlum í blöðru-, blöðruhálskirtils- og nýrnakrabbameini, þar á meðal sjö microarray gagnasöfn og sjö RNA-Seq gagnapakka (viðbótarmynd 1). Aðildarnúmer, vettvangur og sýnastærðir þessara genatjáningarsniða eru sýndar í viðbótartöflu 1. RNA-Seq gögnum var hlaðið niður frá UCSC Xena og International Cancer Genome Consortium (ICGC). Microarray gögnum var hlaðið niður frá Gene Expression Omnibus (GEO). Árgangar frá The Cancer Genome Atlas (TCGA) voru notaðir sem þjálfunarsett og önnur gagnasöfn voru notuð sem staðfestingarsett. Aðeins sjúklingar með fullkomnar upplýsingar um lifun voru teknar með. Við útilokuðum einnig sjúklinga sem höfðu fengið geislameðferð, neoadjuvant meðferð og markvissa sameindameðferð í öllum sjálfstæðum þjálfunarhópum. Alls voru 2.700 tilvik tekin með í rannsókn okkar. Verkefnið okkar var samþykkt af siðferðisnefnd Chongqing Medical University.

2. Genatjáningargagnavinnsla

Opinberlega tiltæk gagnasöfn frá GEO voru fyrst staðlað með því að nota normalizeBetweenArrays aðgerðina eins og hún var útfærð í 'limma' pakkanum og var síðan umbreytt frekar. Stöðlunaraðferðir voru ekki notaðar í TCGA og ICGC árgöngum.

3. Auðkenning tiltekinna IRGPs til að spá fyrir um horfur

Við sóttum ónæmistengd gen (IRG) úr ImmPort gagnagrunninum sem var opnuð 3/3/2021. 2.483 einstök IRGs, sem samanstanda af 17 flokkum, þar á meðal frumueitrun, frumuefnaviðtökum, mótefnavakavinnslu, framsetningarferlum, interleukínum, frumueiturhrifum náttúrulegra drápsfrumna, TGFb og TNF fjölskyldumeðlimir. Aðeins IRGs mæld af öllum kerfum með miðgildi algert frávik > 0.5 í öllum óháðum þjálfunarsettum voru valdir. Stig fyrir hvern IRGP var mynduð með því að bera saman genatjáningarstigið í ákveðnu sýnishorni af prófílum. IRGPs skorið var skilgreint sem 1 ef tjáningarstig IRG 1 var hærra en IRG 2; annars var stig IRGPs sett sem 0 [34]. Eftir að hafa fjarlægt IRGPs með föstum gildum í hvers kyns einstökum gagnapakka voru IRGPs sem eftir voru greind frekar.

4. Bygging á ónæmistengdum genapöravísitölu (IRGPI) til að spá fyrir um horfur

Forspár IRGPs voru valdir út frá eftirfarandi skrefum. Í fyrsta lagi var forspárhæfni hvers IRGP til að spá fyrir um bakslagslausa lifun sjúklinga (RFS) metin með því að nota Cox aðhvarfslíkanið í meta-þjálfunargagnagrunninum og IRGP með p-gildi < 0.05 voru valdir sem upphafsmerki umsækjenda. Í öðru lagi var LASSO greiningin notuð til að sía frekar út nokkrar minna upplýsandi IRGPs. Stillingarfæribreytan var ákvörðuð af væntanlegri alhæfingarvillu sem var metin út frá 10-faldri krossgildingu. Til að bæta styrkleika skiptum við öllu meta-þjálfunargagnasettinu af handahófi í ný þjálfunar- og prófunargagnasett með 2:1 hlutfalli og endurtókum tilviljunarkenndan skiptingarkerfið 30 sinnum til að koma á stöðugleika í valferli IRGPs. LASSO líkaninu var síðan beitt á 30 þjálfunarsettin og þeir IRGP með tíðni > 15 voru valdir. Að lokum var fjölþátta Cox aðhvarfslíkanið notað til að byggja upp IRGPs byggt spálíkan og búa til IRGPI fyrir öll sýni. Sjúklingarnir voru flokkaðir í lága og háa ónæmishópa með því að nota miðgildi IRGPI.

Cistanche þykkni

5. Mat og staðfesting á IRGPI

The prognostic value of the IRGPI was evaluated in the meta-training and independent training sets and was further verified in the meta-validation and multiple independent validation sets. The log-rank test and time-dependent receiver operating characteristic (ROC) curves were adopted to assess the prognostic accuracy of the IRGPI. We combined IRGPI with clinical factors of age, gender, and tumor stage in multivariate Cox analyses. Age (>60) var breytt í 1, og aldur (<60) was transformed into 0. Stages III and IV were transformed into 1, and stage I and II were transformed into 0.

6. Sniðgreining á íferð ónæmisfrumna

CIBERSORT einkennir samsetningu ónæmisfrumna með því að nota tjáningarsnið fyrir fjöldaæxli gena [35]. Það ályktaði um hlutfallslegt hlutfall 22 tegunda íferðar ónæmisfrumna byggt á viðmiðunargenatjáningargildum (LM22) [35]. Í þessari rannsókn voru hlutföll 22 íferðar ónæmisfrumna ákvörðuð með því að nota R pakkann 'CIBERSORT'. Perm var stillt á 1,000 og tilvik með CIBERSORT úttak p-gildi < 0.05 voru valin til frekari greiningar. Wilcoxon raðsummuprófið var notað til að bera saman mun á undirgerðum ónæmisfrumna milli háa og lága IRGPI hópanna.

7. Gene ontology (GO) greining

R pakkinn 'clusterProfiler' var notaður til að framkvæma GO auðgunargreiningu á genum sem tengjast IRGPI í meta-þjálfunarhópnum. BenjaminiHochberg-leiðrétt p-gildi < 0.05 (false discovery rate, FDR) var notað sem þröskuldur til að ákvarða marktekt.

8. Smíði og mat á nafngreiningu

Sniðgreining var smíðað til að koma á megindlegri nálgun fyrir RFS spá í meta-þjálfunarhópnum byggða á IRGPI og klínískum þáttum, sem var sannreynt frekar í meta-fullgildingarhópunum. Reiknað var stig fyrir hvern þátt og heildarstig allra þátta fengust síðan til að meta RFS gengi eftir 1, 3, 5 og 10 ár. Kvörðunarreitirnir voru síðan teiknaðir til að meta áreiðanleika nafngreiningarinnar.

Stöðluð Cistanche

9. Tölfræðigreining

R pakkinn 'survival', 'glmnet', 'sure miner', 'timeROC', 'rms', 'CIBERSORT' og 'clusterProfiler' voru notaðir til að smíða Cox aðhvarfslíkanið, LASSO líkanið, Kaplan-Meier ferilinn, tíma -háð ROC ferill, nafngreining, útreikningur ónæmisfrumusamsetningar og GO greining. Tengsl IRGPI skora við RFS voru greind með log-rank prófi. Cox aðhvarfslíkanið var notað til að framkvæma fjölþáttagreiningu á tengslum IRGPI við RFS. Tvíhliða p-gildi < 0.05 var talið tölfræðilega marktækt fyrir öll próf. Allar tölfræðilegar greiningar voru gerðar með því að nota R (útgáfa 4.0.2).

Heimildir

1. Sung H, Ferlay J, Siegel RL, Laversanne M, Soerjomataram I, Jemal A, Bray F. Global Cancer Statistics 2020: GLOBOCAN Estimates of Incident and Mortality Worldwide for 36 Cancers in 185 Countries. CA Krabbamein J Clin. 2021; 71:209–49.

2. Seiler R, Oo HZ, Tortora D, Clausen TM, Wang CK, Kumar G, Pereira MA, Ørum-Madsen MS, Agerbæk MØ, Gustavsson T, Nordmaj MA, Rich JR, Lallous N, o.fl. Breyting á glýkósamínóglýkani í krabbameinsfóstri veitir meðferðaraðgang að cisplatínónæmu blöðrukrabbameini. Eur Urol. 2017; 72:142–50.

3. Maroto P, Solsona E, Gallardo E, Mellado B, Morote J, Arranz JÁ, Gómez-Veiga F, Unda M, Clement MÁ, Alcaraz A. Sérfræðiálit um fyrstu meðferð við meðferð á vönunarþolnu krabbameini í blöðruhálskirtli . Crit Rev Oncol Hematol. 2016; 100:127–36.

4. Fu Q, Xu L, Wang Y, Jiang Q, Liu Z, Zhang J, Zhou Q, Zeng H, Tong S, Wang T, Qi Y, Hu B, Fu H, o.fl. Æxlistengd átfrumnaafleidd Interleukin-23 tengir nýrnakrabbamein Glútamínfíkn með ónæmisfíkn. Eur Urol. 2019; 75:752–63.

5. Zhao Z, Wang Y, Zhang JJ, Huang XY. Fascin hemlar draga úr frumuflutningi og viðloðun en auka heildarlifun músa sem bera blöðrukrabbamein. Krabbamein (Basel). 2021; 13:2698.

6. Peltomaa AI, Raittinen P, Talala K, Taari K, Tammela TL, Auvinen A, Murtola TJ. Horfur á krabbameini í blöðruhálskirtli eftir að meðferð með andrógenskorti er hafin meðal statínnotenda. Stofnbundin hóprannsókn. Blöðruhálskirtilskrabbamein Blöðruhálskirtils Dis. 2021; 24:917–24.

7. Tian M, Wang T, Wang P. Þróun og klínísk staðfesting á sjö gena forspárundirskrift sem byggir á mörgum vélrænum reikniritum í nýrnakrabbameini. Frumuígræðsla. 2021; 30:963689720969176.

8. Zhang C, Gou X, He W, Yang H, Yin H. Glýkólýsu-undirstaða 4-mRNA undirskrift tengist horfum og frumuhringsferli hjá sjúklingum með þvagblöðrukrabbamein. Cancer Cell Int. 2020; 20:177.

9. Chen S, Zhang N, Shao J, Wang T, Wang X. Ný samsetning gena undirskriftar bætir spá um heildarlifun í þvagblöðrukrabbameini. J Krabbamein. 2019; 10:5744–53.

10. Xu Z, Xu L, Liu L, Li H, Jin J, Peng M, Huang Y, Xiao H, Li Y, Guan H. A Sykursýki-tengd fimm gena undirskrift spáir fyrir um lífefnafræðilega endurkomulausa lifun hjá sjúklingum með blöðruhálskirtli Kirtilkrabbamein. Front Oncol. 2021; 11:625452.

11. Nguyen HT, Xue H, Firlej V, Ponty Y, Gallopin M, Gauthier D. Tilvísunarfrjáls umritaundirskrift fyrir horfur á krabbameini í blöðruhálskirtli. BMC krabbamein. 2021; 21:394.

12. Lu J, Qian C, Ji Y, Bao Q, Lu B. Genundirskrift tengd brómóma-genum spáir fyrir um horfur á nýrna- og nýrnafrumukrabbameini. Framan Genet. 2021; 12:643935.

13. Wu Y, Wei X, Feng H, Hu B, Liu B, Luan Y, Ruan Y, Liu X, Liu Z, Liu J, Wang T. Samþætt greining til að bera kennsl á Redox-tengda forspárundirskrift fyrir hreinsa frumu nýrnafrumu Krabbamein. Oxid Med Cell Longev. 2021; 2021:6648093.

14. Shi R, Bao X, Unger K, Sun J, Lu S, Manapov F, Wang X, Belka C, Li M. Auðkenning og staðfesting á undirskriftum af súrefnisskorti til að spá fyrir um klínískar niðurstöður og meðferðarsvörun hjá sjúklingum með kirtilkrabbamein í lungum I. . Læknisfræði. 2021; 11:5061–76.

15. Brendel M, Barthel H, van Eimeren T, Marek K, Beyer L, Song M, Palleis C, Gehmeyr M, Fietzek U, Respondek G, Sauerbeck J, Nitschmann A, Zach C, et al. Mat á 18F-PI-2620 sem lífmerki í Progressive Supranuclear Palsy. JAMA Neurol. 2020; 77:1408–19.

16. Lee ES, Jung SY, Kim JY, Kim JJ, Yoo TK, Kim YG, Lee KS, Lee ES, Kim EK, Min JW, Han W, Noh DY, Moon HG. Að bera kennsl á hugsanlega langtímalifandi meðal brjóstakrabbameinssjúklinga með fjarmeinvörp. Ann Oncol. 2016; 27:828–33.

17. Franks JM, Cai G, Whitfield ML. Eiginleikasértæk quantile normalization gerir kleift að flokka sameindaundirgerðir á vettvangi með því að nota genatjáningargögn. Lífupplýsingafræði. 2018; 34:1868–74.

18. Shen Y, Rahman M, Piccolo SR, Gusenleitner D, ElChaar NN, Cheng L, Monti S, Bild AH, Johnson WE. ASSIGN samhengissértæk erfðafræðileg snið á mörgum ólíkum líffræðilegum ferlum. Lífupplýsingafræði. 2015; 31:1745–53.

19. Wu J, Zhao Y, Zhang J, Wu Q, Wang W. Þróun og staðfesting á ónæmistengdu genapari undirskrift í ristilkrabbameini. Oncoimmunology. 2019; 8:1596715.

20. Xu F, Zhan X, Zheng X, Xu H, Li Y, Huang X, Lin L, Chen Y. Undirskrift ónæmistengdra genapöra spáir fyrir um krabbameinsfræðilegar niðurstöður og svörun við ónæmismeðferð við kirtilkrabbameini í lungum. Erfðafræði. 2020; 112:4675–83.

21. Wang S, Xu X. Undirskrift um ónæmistengd genapar til að spá fyrir um lifun í glioblastoma. Front Oncol. 2021; 11:564960.

22. Pfannstiel C, Strissel PL, Chiappinelli KB, Sikic D, Wach S, Wirtz RM, Wullweber A, Taubert H, Breyer J, Otto W, Worst T, Burger M, Wullich B, et al, og BRIDGE Consortium, Þýskalandi. Æxlisónæmis örumhverfið hefur forspárgildi sem tengist undirtegundum krabbameins í þvagblöðru. Krabbamein Immunol Res. 2019; 7:923–38.

23. Long X, Hou H, Wang X, Liu S, Diao T, Lai S, Hu M, Zhang S, Liu M, Zhang H. Ónæmisundirskrift knúin áfram af ADT-framkölluðum ónæmisörumhverfis endurgerð í krabbameini í blöðruhálskirtli er í tengslum við endurkomu- frjálsa lifun og ónæmisíferð. Cell Death Dis. 2020; 11:779.

24. Vuong L, Kotecha RR, Voss MH, Hakimi AA. Æxli örumhverfisvirkni í tæru nýrnafrumukrabbameini. Krabbamein Uppgötv. 2019; 9:1349–57.

25. Maio M, Blank C, Necchi A, Di Giacomo AM, Ibrahim R, Lahn M, Fox BA, Bell RB, Tortora G, Eggermont AM. Neoadjuvant ónæmismeðferð er að endurmóta krabbameinsstjórnun yfir margar æxlisgerðir: Framtíðin er núna! Eur J Krabbamein. 2021; 152:155–64.

26. Kates M, Nirschl TR, Baras AS, Sopko NA, Hahn NM, Su X, Zhang J, Kochel CM, Choi W, McConkey DJ, Drake CG, Bivalacqua TJ. Sameinuð næstu kynslóð raðgreiningar og flæðifrumumælingagreiningar fyrir AntiPD-L1 hlutaviðbragð með tímanum: Könnun á virkni PD-L1 virkni og viðnáms í blöðrukrabbameini. Eur Urol Oncol. 2021; 4:117–20.

27. Sharma P, Pachynski RK, Narayan V, Fléchon A, Gravis G, Galsky MD, Mohammed H, Patnaik A, Subudhi SK, Ciprotti M, Simsek B, Saci A, Hu Y, o.fl. Nivolumab Plus Ipilimumab við krabbameini í blöðruhálskirtli með meinvörpum vönun: bráðabirgðagreining á sjúklingum í CheckMate 650 rannsókninni. Krabbameinsfruma. 2020; 38:489–99.e3.

28. Ruiz de Porras V, Pardo JC, Notario L, Etxaniz O, Font A. Immune Checkpoint Inhibitors: Efnilegur meðferðarvalkostur við blöðruhálskirtilskrabbameini með meinvörpum sem þola gelding? Int J Mol Sci. 2021; 22:4712.

29. Kamai T, Kijima T, Tsuzuki T, Nukui A, Abe H, Arai K, Yoshida KI. Aukin tjáning adenósín 2A viðtaka í nýrnafrumukrabbameini með meinvörpum tengist lakari svörun við æðaþelsvaxtarþáttum og and-PD-1/AntiCTLA4 mótefnum og styttri lifun. Cancer Immunol Immunother. 2021; 70:2009–21.

30. Chu G, Xu T, Zhu G, Liu S, Niu H, Zhang M. Auðkenning nýrrar próteinbundinnar undirskriftar til að bæta spá um horfur í nýrnafrumukrabbameini. Framan Mol Biosci. 2021; 8:623120.

31. Gorin MA, Verdone JE, van der Toom E, Bivalacqua TJ, Allaf ME, Pienta KJ. Æxlisfrumur í hringrás sem lífmerki fyrir krabbamein í blöðruhálskirtli, þvagblöðru og nýrum. Nat Rev Urol. 2017; 14:90–7.

32. Tölle A, Suhail S, Jung M, Jung K, Stephan C. Fitusýrubindandi prótein (FABP) í krabbameinsfrumulínum í blöðruhálskirtli, þvagblöðru og nýrum og notkun IL-FABP sem spá um lifun hjá sjúklingum með nýrnafrumukrabbamein . BMC krabbamein. 2011; 11:302.

33. Jungwirth N, Haeberle L, Schrott KM, Wullich B, Krause FS. Serótónín er notað sem forspármerki um þvagfæraæxli. Heimur J Urol. 2008; 26:499–504.

34. Li B, Cui Y, Diehn M, Li R. Þróun og staðfesting á einstaklingsbundinni forspárundirskrift um ónæmiskerfi í lungnakrabbameini sem ekki er skútulaus á frumstigi. JAMA Oncol. 2017; 3:1529–37.

35. Newman AM, Liu CL, Green MR, Gentles AJ, Feng W, Xu Y, Hoang CD, Diehn M, Alizadeh AA. Örugg upptalning á frumuhlutmengi úr tjáningarsniðum vefja. Nat Aðferðir. 2015; 12:453–7.

Biao Xie 1, Kangjie Li 1, Hong Zhang 1, Guichuan Lai 1, Dapeng Li 2, Xiaoni Zhong 1.

1. Líftölfræðideild, Lýðheilsu- og stjórnunardeild, Chongqing Medical University, Chongqing, Kína

2. Hepatology Institute, National Clinical Research Center for Infectious Disease, Shenzhen Third People's Hospital, Shenzhen, Kína