Mol Can | 泛癌单细胞多组学分析铜死亡与免疫抑制肿瘤微 ...

想找一个树洞

原创 huacishu 图灵基因 2023-04-11 10:11




撰文：huacishu
IF=41.444
推荐度：⭐⭐⭐⭐⭐
亮点：
1、作者综合评估了铜死亡在泛癌中的作用。该研究的结果表明，铜死亡参与了肿瘤发生和转移的大多数机制，并使肿瘤免疫逃逸变得复杂；
2、作者指出对铜死亡的综合评估有助于提高我们对肿瘤发生和肿瘤微环境重塑的理解，并为进一步研究铜死亡与肿瘤的相关性提供基础。




核心词汇：CRG（铜死亡相关基因）；CNV（拷贝数变异）；CS（铜死亡评分）；DSS（疾病特异性生存率）。

广西壮族自治区人民医院Wei Li（李伟）教授课题组在国际知名期刊Mol Cancer在线发表题为“Cuproptosis correlates with immunosuppressive tumor microenvironment based on pan-cancer multiomics and single-cell sequencing analysis”的论文。最近的研究表明，铜死亡是一种新型的细胞死亡方式，可能与癌症的发展有关。然而，没有研究表明它在肿瘤发生、进展和预后中的作用。




在本研究中，作者综合分析了胰腺癌中铜死亡相关基因（CRG）的表达差异、基因变异和甲基化修饰。然后，使用单样本基因集富集分析（ssGSEA）来计算个体铜死亡评分（CS）。综合评估CS与拷贝数变异、临床特征、免疫相关基因、TMB、MSI和肿瘤免疫功能障碍和排斥（TIDE）的相关性。单细胞转录组测序（scRNA-seq）分析肿瘤微环境中铜死亡的激活。采用免疫组织化学（IHC）方法验证铜死亡中枢基因的表达。

作者的研究表明，CRG在各种肿瘤中都有显著表达，CDKN2A在所有肿瘤中的突变频率最高（49%）。在大多数癌症中观察到CS的显著增加，并且在大多数肿瘤中与不良预后相关。在多个肿瘤中，CS与肿瘤微环境评分呈显著负相关，在11个肿瘤中与PD-L1呈正相关，表明参与了肿瘤免疫逃逸。scRNA-seq表明，在癌症细胞中CRG评分显著增加。

本研究为进一步研究铜死亡在癌症发生发展中的作用以及基于铜死亡的靶向治疗的发展开辟了途径。

恶性肿瘤是人类死亡的主要原因之一。随着生命科学研究的迅速发展，肿瘤细胞内的各种基本过程，如信号转导、细胞周期调节、细胞凋亡诱导、血管生成以及细胞与肿瘤微环境之间的相互作用，正在逐渐被阐明。在此基础上，高通量筛选、组合化学和基因工程技术的应用加速了抗肿瘤药物的开发。随着高通量测序技术的普及和肿瘤数据共享平台的完善，泛癌研究越来越受到重视。

铜死亡是由Tsvetkov等人首次提出的一种由铜离子载体诱导的细胞死亡形式。研究表明，铜中毒的机制可能与线粒体有关，其中铜离子在细胞中的积累诱导线粒体脂质酰化蛋白聚集体的聚合，铁硫簇蛋白水平降低导致蛋白毒性应激作用。此外，研究表明，患有多种癌症的患者，如乳腺浸润性癌（BRCA）、甲状腺癌（THCA）、卵巢癌（OV）和肺癌（LC），血清和肿瘤组织中的铜水平会发生显著变化。

然而，对铜死亡在肿瘤中的作用仍缺乏全面的了解。因此，探索CRG对肿瘤的调控功能和分子机制，为癌症的临床治疗提供新的方向和策略至关重要。

CRGs的表达差异、遗传变异和药物敏感性分析
一般来说，CDKN2A在所有肿瘤中都过表达，在KIRC中显著高表达；而DLAT、GLS、DLD、PDHA1、LIAS、MTF1、LIPT1、PDHB和FDX1在几乎所有肿瘤中的表达较少，尤其是在KIRC中（图1A）。基因的mRNA表达也受到基因变体的调节，并且已经表明SNPs和CNVs可以影响基因表达。

作者进一步分析了CRG的基因变异。分析与铜死亡相关的SNP数据，观察每种癌症亚型中CRG的频率。共有824个肿瘤显示，CRG的SNV频率为100%，这表明CRG突变在肿瘤中很常见。CDKN2A突变的频率最高，49%的患者有CDKN2A的突变。错义突变和无义突变是CDKN2A突变的主要类型（图1B）。SNV百分比分析显示SKCM中CDKN2A突变频率高达61%。已经证明，在许多原发性肿瘤中发现了高频率的CDKN2A突变，并且作为CDKN2A变异携带者的黑色素瘤患者对免疫疗法的反应更好。




分析TCGA数据库中CRG的拷贝数变异（CNV）数据。关于CRG的CNVs主要是杂合扩增和缺失。在大多数肿瘤中，CRG的表达与CNV的扩增呈显著正相关。KIRP、READ、ACC、GBM、SCKM和TGCT中DLD的杂合扩增大于或等于50%。同时，在PDHB中，在CHOL、HNSC、LUSC、ESCA、KIRC、USC和UVM中观察到超过50%的杂合缺失（图1C）。

甲基化也会影响基因表达。在大多数肿瘤中，CRG在mRNA表达和甲基化水平之间呈负相关，如TGCT和PRAD中的LIPT1。作者比较了肿瘤和非肿瘤样本中CRG的甲基化水平。在BLCA、LUAD和LUSC中，LIPT1甲基化显著降低（图1D）。

整理来自GDSC的药物敏感性和mRNA表达提供数据，以了解铜死亡在化疗或靶向治疗中的作用。相关分析显示，CDKN2A、DLAT、PDHA1、DLD和FDX1与曲美替尼耐药性有关。而PDHB和GLS对各种药物敏感，尤其是CHIR-99021、达沙替尼（图1E）。

因此，得出结论，CRG的异常表达可能介导对靶向药物治疗和化疗的敏感性。通过构建PPI网络，发现DLD是CRG的中枢基因。对34例伴有癌旁组织的癌症患者进行免疫组织化学实验，以进一步验证DLD在LUSC和癌旁组织中的表达，发现DLD在癌症组织中显著高表达，这与基于TCGA数据库的差异基因表达分析结果一致（图1F-H）。

铜死亡的预后分析、通路评分和免疫特征
作者使用ssGSEA构建了铜死亡评分（CS），CS与大多数CRG的表达显著正相关，表明CS可以指示铜死亡状态。作者分析了正常组织与肿瘤组织的CS，发现26个肿瘤组织的CS显著高于正常组织，如BRCA、CESC和COAD（图2A）。此外，还评估了CS在OS表现方面的预后价值。发现CS与LIHC、LUAD、PRAD、THCA、THYM和UCEC的不良预后显著相关（图2B）。评估了DSS对CRG的预后价值，发现DSS与LIHC，SKCM和UCEC预后不良显著相关。

同样，从PFI分析中观察到，在33个肿瘤中的9个肿瘤中，铜死亡的高表达与PFI的恶化显著相关。CS可能是特定肿瘤的潜在预后标志物。在大多数肿瘤中，观察到CSs与侵袭、DNA损伤、DNA修复，尤其是子宫肌瘤（UM）相关（图2C）。这表明铜死亡细胞增生在癌症的发生、浸润、扩散和转移中起着至关重要的作用。




为了研究铜死亡与肿瘤免疫细胞之间的关系，计算了22种不同类型免疫细胞的丰度，观察到CS与肥大细胞静息、嗜酸性粒细胞、T细胞CD4记忆激活和髓系树突状细胞静息存在显著的正相关。此外，还注意到CS与T细胞调节性Tregs、NK细胞静息、巨噬细胞M0、T细胞滤泡辅助物、B细胞记忆和B细胞血浆存在显著的负相关（图2D）。

铜死亡可以通过下调JAK/STAT细胞途径抑制PD-L1表达，从而降低肿瘤免疫逃逸对T细胞的负调控作用。作者进一步研究了CS与常见免疫治疗标志物的相关性。在LGG和KIRC中观察到CS与MSI的显著正相关（图2E）。并且，在20个肿瘤中，CS与TMB显著正相关（图2F）。作者进一步分析了CS与肿瘤微环境评分之间的相关性，结果表明，在10多种肿瘤中，CS与肿瘤微环境评分呈显著负相关（图2G）。上述结果表明CS与肿瘤免疫治疗标记物密切相关，有潜力作为一种新的免疫治疗标记。

此外，作者分析了CS与免疫评分和基质评分之间的相关性，结果显示，在5例肿瘤中CS与免疫得分呈负相关，在20例肿瘤中与基质评分呈显著负相关。上述结果表明CS与肿瘤微环境密切相关。此外，还对铜死亡进行了多方面的相关性分析，包括检查点、免疫激活基因、免疫抑制基因、趋化因子和趋化因子受体。

CS和检查点之间的相关性研究表明，在大多数肿瘤中，铜死亡的表达与TNFRSF14和TNFRSF25呈显著的负相关。TNFRSF14和TNFRSF25是肿瘤坏死因子受体（TNFR）超家族的成员。先前的研究表明，TNFRSF14的低表达与膀胱癌症预后不良有关。TNFRSF14可能通过在T细胞中的过表达发挥作用，其在T24细胞中的过度表达可以刺激细胞凋亡并抑制细胞增殖。所以，铜死亡可影响免疫检查点的表达，调节肿瘤免疫逃逸。

作者还分析了来自两个KIRC样本的scRNA-seq。基于tSNE算法的细胞聚类分析显示，上述细胞可分为11个簇，即KIRC1、KIRC2、KIRC3、Monocyte1、Monocete2、巨噬细胞、CD4+T细胞、CD8+T细胞，肥大细胞、NK细胞和内皮细胞（图2H，I）。通过调查发现在上述11个簇中CS的丰度存在显著差异。使用ssGSEA估算KIRC肿瘤微环境细胞的CS，并比较不同细胞类型的CS差异（图2J）。在肿瘤细胞中发现最高的CS，表明肿瘤细胞可能对靶向铜死亡更敏感。

结论
作者的研究综合评估了铜死亡在泛癌中的作用。该研究的结果表明，铜死亡参与了肿瘤发生和转移的大多数机制，并使肿瘤免疫逃逸变得复杂。对铜死亡的综合评估有助于提高我们对肿瘤发生和肿瘤微环境重塑的理解，并为进一步研究铜死亡与肿瘤的相关性提供基础。

教授介绍




李伟教授是广西壮族自治区人民医院泌尿外二科主任，医学博士，主任医师/教授，暨南大学博士研究生导师，广西医科大学硕士研究生导师，美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）和南加州大学（USC）访问学者，广西“十百千”人才工程第二层次人选，广西医学高层次中青年学科骨干人选。

从事泌尿外科临床工作多年，主要研究方向为泌尿系肿瘤和神经源性膀胱。擅长泌尿外科常见病和疑难病的诊断和治疗，尤其在前列腺癌,肾癌和膀胱癌的诊治方面具有丰富的经验。作为项目负责人主持国家自然科学基金两项，广西自然科学基金和广西卫生厅科研基金各一项，参与多项省部级课题研究。以第一作者或通讯作者在国际刊物上发表SCI论文8篇，共同作者发表SCI论文4篇，在《中华泌尿外科杂志》等核心期刊上发表论文共计30余篇，参与编译《腹膜外机器人与腹腔镜手术学》专著。
  
参考文献
Qin Y, Liu Y, Xiang X, et al. Cuproptosis correlates with immunosuppressive tumor microenvironment based on pan-cancer multiomics and single-cell sequencing analysis. Mol Cancer. 2023;22(1):59. Published 2023 Mar 24. doi:10.1186/s12943-023-01752-8

>>>关于我们<<<
2022年热文TOP10
1、Nat Rev Immu | 线粒体如何控制调节炎症
2、Science | 靶向蛋白降解途径突破，几乎可用于任何疾病相关蛋白
3、Cell Metab 丨 靶向肿瘤微环境中CD8+T细胞代谢的治疗潜力
4、Nature Cancer | 肿瘤相关成纤维细胞的单细胞分析
5、Annu Rev 丨B细胞在肿瘤微环境中的功能
6、Nature | 线粒体膜形态如何影响CD4+ T细胞分化
7、Nat Immun| 肿瘤浸润巨噬细胞的复杂作用
8、Nat Rev | 巨噬细胞作为癌症治疗的工具和靶点
9、Science | 癌症中的三级淋巴器官结构
10、Cancer Cell | 肿瘤免疫新进展：全基因组筛选发现T细胞耗竭调节因子







图灵基因面向科研工作者推出的 TB-1 数字病理切片扫描仪，自带AI建模和模型解释功能，有望帮助您发现更多细胞和组织空间结构规律。
简单易用，轻松构建原创模型，成本可控，门槛低联系微信号：aipathology       电话：18121496883 （刘女士）

张什么

老师，是不是恶性脑胶质瘤里的所有癌细胞不可能都只会有碱基替换点突变一种突变类型，肯定会有基因扩增，基因融合等等其他突变类型呢？这是能肯定的吗？并且资料还说任何部位所有肿瘤都有表观遗传改变和染色体异常，对吗？