Nhận diện dấu hiệu đột biến cho dự đoán tiên lượng ung thư biểu mô phổi tuyến và dự đoán đáp ứng với liệu pháp miễn dịch

Springer Science and Business Media LLC - Tập 100 - Trang 1755-1769 - 2022
Sainan Zhang1, Mengyue Li1, Yilong Tan1, Juxuan Zhang1, Yixin Liu2, Wenbin Jiang1, Xin Li1, Haitao Qi1, Lefan Tang1, Ran Ji3, Wenyuan Zhao1, Yunyan Gu1, Lishuang Qi1
1College of Bioinformatics Science and Technology, Harbin Medical University, Harbin, China
2Basic Medicine College, Harbin Medical University, Harbin, China
3Department of Systems Engineering and Operations Research, George Mason University, Fairfax, USA

Tóm tắt

Không có một dấu hiệu di truyền vững chắc nào để dự đoán tiên lượng cho bệnh nhân bị ung thư biểu mô phổi tuyến (LUAD) giai đoạn đầu. Đã biết rằng tính không đồng nhất dòng tế bào có liên quan mật thiết đến sự tiến triển của khối u và dự đoán tiên lượng. Bài báo này, sử dụng dữ liệu từ các bệnh nhân giai đoạn I từ The Cancer Genome Atlas, chúng tôi đã xác định các biến cố đột biến dòng tế bào/cận dòng tế bào của từng gen và lựa chọn trước một tập hợp các gen có mẫu đột biến đặc hiệu cho tiên lượng dựa trên một dấu hiệu tiên lượng biểu mô đã được công bố. Sau đó, chúng tôi đã xây dựng một dấu hiệu tiên lượng đột biến (MPS), mà hiệu suất tiên lượng của nó đã được xác thực độc lập trong hai tập dữ liệu mẫu giai đoạn I. Các bệnh nhân có nguy cơ cao được dự đoán có tỷ lệ xâm nhập tế bào miễn dịch cao hơn đáng kể, cùng với việc biểu hiện cao hơn của các gen độc tố và điểm kiểm soát miễn dịch, và một tập dữ liệu tích hợp với 88 mẫu đã xác nhận rằng các bệnh nhân có nguy cơ cao có thể được hưởng lợi từ liệu pháp miễn dịch. MPS đã được phát triển có thể xác định các bệnh nhân có nguy cơ cao ở giai đoạn I LUAD và cải thiện kế hoạch điều trị cá thể hóa cho những bệnh nhân có nguy cơ cao có thể hưởng lợi từ liệu pháp miễn dịch.

Từ khóa

#ung thư biểu mô phổi tuyến #dự đoán tiên lượng #liệu pháp miễn dịch #đột biến gen #mật độ tế bào miễn dịch

Tài liệu tham khảo

Perrier ND, Brierley JD, Tuttle RM (2018) Differentiated and anaplastic thyroid carcinoma: major changes in the American Joint Committee on Cancer eighth edition cancer staging manual. CA Cancer J Clin 68(1):55–63. https://doi.org/10.3322/caac.21439 Morgensztern D, Du L, Waqar SN, Patel A, Samson P, Devarakonda S, Gao F, Robinson CG, Bradley J, Baggstrom M et al (2016) Adjuvant chemotherapy for patients with T2N0M0 NSCLC. J Thorac Oncol 11(10):1729–1735. https://doi.org/10.1016/j.jtho.2016.05.022 Wang HL, Liu PF, Yue J, Jiang WH, Cui YL, Ren H, Wang H, Zhuang Y, Liu Y, Jiang D et al (2020) Somatic gene mutation signatures predict cancer type and prognosis in multiple cancers with pan-cancer 1000 gene panel. Cancer Lett 470:181–190. https://doi.org/10.1016/j.canlet.2019.11.022 Jamal-Hanjani M, Wilson GA, McGranahan N, Birkbak NJ, Watkins TBK, Veeriah S, Shafi S, Johnson DH, Mitter R, Rosenthal R et al (2017) Tracking the evolution of non-small-cell lung cancer. N Engl J Med 376(22):2109–2121. https://doi.org/10.1056/NEJMoa1616288 Isaeva OI, Sharonov GV, Serebrovskaya EO, Turchaninova MA, Zaretsky AR, Shugay M, Chudakov DM (2019) Intratumoral immunoglobulin isotypes predict survival in lung adenocarcinoma subtypes. J Immunother Cancer 7(1):279. https://doi.org/10.1186/s40425-019-0747-1 Xu ZH, Wang H, Ji XY, Zhang FX, Gao BL, Hu JA, Zheng J (2019) A detrimental mutation on USP40 unlocks the tumorigenesis in a rare case of lung cancer. Int J Clin Exp Pathol 12(3):740–749. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31933881 Shi J, Hua X, Zhu B, Ravichandran S, Wang M, Nguyen C, Brodie SA, Palleschi A, Alloisio M, Pariscenti G et al (2016) Somatic genomics and clinical features of lung adenocarcinoma: a retrospective study. PLoS Med 13(12):e1002162. https://doi.org/10.1371/journal.pmed.1002162 Nadeu F, Delgado J, Royo C, Baumann T, Stankovic T, Pinyol M, Jares P, Navarro A, Martin-Garcia D, Bea S et al (2016) Clinical impact of clonal and subclonal TP53, SF3B1, BIRC3, NOTCH1, and ATM mutations in chronic lymphocytic leukemia. Blood 127(17):2122–2130. https://doi.org/10.1182/blood-2015-07-659144 Williams MJ, Werner B, Heide T, Curtis C, Barnes CP, Sottoriva A, Graham TA (2018) Quantification of subclonal selection in cancer from bulk sequencing data. Nat Genet 50(6):895–903. https://doi.org/10.1038/s41588-018-0128-6 Menor M, Zhu Y, Wang Y, Zhang J, Jiang B, Deng Y (2019) Development of somatic mutation signatures for risk stratification and prognosis in lung and colorectal adenocarcinomas. BMC Med Genomics 12(Suppl 1):24. https://doi.org/10.1186/s12920-018-0454-7 Geng H, Li S, Guo Y, Yan F, Han Y, Xu M, Cui Y (2020) Survival prediction for patients with lung adenocarcinoma: a prognostic risk model based on gene mutations. Cancer Biomark 27(4):525–532. https://doi.org/10.3233/CBM-191204 Wang F, Zhao N, Gao G, Deng HB, Wang ZH, Deng LL, Yang Y, Lu C (2020) Prognostic value of TP53 co-mutation status combined with EGFR mutation in patients with lung adenocarcinoma. J Cancer Res Clin Oncol 146(11):2851–2859. https://doi.org/10.1007/s00432-020-03340-5 Zhang Z, Zhang S, Li X, Zhao Z, Chen C, Zhang J, Li M, Wei Z, Jiang W, Pan B et al (2021) Reference genome and annotation updates lead to contradictory prognostic predictions in gene expression signatures: a case study of resected stage I lung adenocarcinoma. Brief Bioinform 22(3). https://doi.org/10.1093/bib/bbaa081 Hellmann MD, Nathanson T, Rizvi H, Creelan BC, Sanchez-Vega F, Ahuja A, Ni A, Novik JB, Mangarin LMB, Abu-Akeel M et al (2018) Genomic features of response to combination immunotherapy in patients with advanced non-small-cell lung cancer. Cancer Cell 33(5):843–852 e844. https://doi.org/10.1016/j.ccell.2018.03.018 Rizvi NA, Hellmann MD, Snyder A, Kvistborg P, Makarov V, Havel JJ, Lee W, Yuan J, Wong P, Ho TS et al (2015) Cancer immunology. Mutational landscape determines sensitivity to PD-1 blockade in non-small cell lung cancer. Science 348(6230):124–128. https://doi.org/10.1126/science.aaa1348 Strickler JH, Loree JM, Ahronian LG, Parikh AR, Niedzwiecki D, Pereira AAL, McKinney M, Korn WM, Atreya CE, Banks KC et al (2018) Genomic landscape of cell-free DNA in patients with colorectal cancer. Cancer Discov 8(2):164–173. https://doi.org/10.1158/2159-8290.CD-17-1009 Youden WJ (1950) Index for rating diagnostic tests. Cancer 3(1):32–35. https://doi.org/10.1002/1097-0142(1950)3:1%3c32::aid-cncr2820030106%3e3.0.co;2-3 Pencina MJ, D'Agostino RB Sr, D'Agostino RB Jr, Vasan RS (2008) Evaluating the added predictive ability of a new marker: from area under the ROC curve to reclassification and beyond. Stat Med 27(2):157–172; discussion 207–112. https://doi.org/10.1002/sim.2929 Pencina MJ, D’Agostino RB Sr, Steyerberg EW (2011) Extensions of net reclassification improvement calculations to measure usefulness of new biomarkers. Stat Med 30(1):11–21. https://doi.org/10.1002/sim.4085 Whitfield ML, George LK, Grant GD, Perou CM (2006) Common markers of proliferation. Nat Rev Cancer 6(2):99–106. https://doi.org/10.1038/nrc1802 Zheng H, Song K, Fu Y, You T, Yang J, Guo W, Wang K, Jin L, Gu Y, Qi L et al (2021) An absolute human stemness index associated with oncogenic dedifferentiation. Brief Bioinform 22(2):2151–2160. https://doi.org/10.1093/bib/bbz174 Eustace A, Mani N, Span PN, Irlam JJ, Taylor J, Betts GN, Denley H, Miller CJ, Homer JJ, Rojas AM et al (2013) A 26-gene hypoxia signature predicts benefit from hypoxia-modifying therapy in laryngeal cancer but not bladder cancer. Clin Cancer Res 19(17):4879–4888. https://doi.org/10.1158/1078-0432.CCR-13-0542 Hochberg Y, Benjamini Y (1990) More powerful procedures for multiple significance testing. Stat Med 9(7):811–818. https://doi.org/10.1002/sim.4780090710 Zhang W, Lin X, Li X, Wang M, Sun W, Han X, Sun D (2020) Survival prediction model for non-small cell lung cancer based on somatic mutations. J Gene Med 22(9):e3206. https://doi.org/10.1002/jgm.3206 Wasserstein RL, Schirm AL, Lazar NA (2019) Moving to a world beyond “p < 0.05”. Am Stat 73(sup1):1–19. https://doi.org/10.1080/00031305.2019.1583913 Lo A, Chernoff H, Zheng T, Lo SH (2015) Why significant variables aren’t automatically good predictors. Proc Natl Acad Sci U S A 112(45):13892–13897. https://doi.org/10.1073/pnas.1518285112 Boyer AS, Walter D, Sorensen CS (2016) DNA replication and cancer: from dysfunctional replication origin activities to therapeutic opportunities. Semin Cancer Biol 37–38:16–25. https://doi.org/10.1016/j.semcancer.2016.01.001 Brown JS, O’Carrigan B, Jackson SP, Yap TA (2017) Targeting DNA repair in cancer: beyond PARP inhibitors. Cancer Discov 7(1):20–37. https://doi.org/10.1158/2159-8290.CD-16-0860 Wang S, He Z, Wang X, Li H, Liu XS (2019) Antigen presentation and tumor immunogenicity in cancer immunotherapy response prediction. Elife 8. https://doi.org/10.7554/eLife.49020 Jones GD, Brandt WS, Shen R, Sanchez-Vega F, Tan KS, Martin A, Zhou J, Berger M, Solit DB, Schultz N et al (2021) A genomic-pathologic annotated risk model to predict recurrence in early-stage lung adenocarcinoma. JAMA Surg 156(2):e205601. https://doi.org/10.1001/jamasurg.2020.5601 Yang L, He YT, Dong S, Wei XW, Chen ZH, Zhang B, Chen WD, Yang XR, Wang F, Shang XM et al (2022) Single-cell transcriptome analysis revealed a suppressive tumor immune microenvironment in EGFR mutant lung adenocarcinoma. J Immunother Cancer 10(2). https://doi.org/10.1136/jitc-2021-003534 Jia Q, Chiu L, Wu S, Bai J, Peng L, Zheng L, Zang R, Li X, Yuan B, Gao Y et al (2020) Tracking neoantigens by personalized circulating tumor DNA sequencing during checkpoint blockade immunotherapy in non-small cell lung cancer. Adv Sci (Weinh) 7(9):1903410. https://doi.org/10.1002/advs.201903410 Newman AM, Steen CB, Liu CL, Gentles AJ, Chaudhuri AA, Scherer F, Khodadoust MS, Esfahani MS, Luca BA, Steiner D et al (2019) Determining cell type abundance and expression from bulk tissues with digital cytometry. Nat Biotechnol 37(7):773–782. https://doi.org/10.1038/s41587-019-0114-2 Miyazaki T, Ishikawa E, Sugii N, Matsuda M (2020) Therapeutic strategies for overcoming immunotherapy resistance mediated by immunosuppressive factors of the glioblastoma microenvironment. Cancers (Basel) 12(7). https://doi.org/10.3390/cancers12071960 Biswas S, Mandal G, Roy Chowdhury S, Purohit S, Payne KK, Anadon C, Gupta A, Swanson P, Yu X, Conejo-Garcia JR et al (2019) Exosomes produced by mesenchymal stem cells drive differentiation of myeloid cells into immunosuppressive M2-polarized macrophages in breast cancer. J Immunol 203(12):3447–3460. https://doi.org/10.4049/jimmunol.1900692 Hugo W, Zaretsky JM, Sun L, Song C, Moreno BH, Hu-Lieskovan S, Berent-Maoz B, Pang J, Chmielowski B, Cherry G et al (2016) Genomic and transcriptomic features of response to anti-PD-1 therapy in metastatic melanoma. Cell 165(1):35–44. https://doi.org/10.1016/j.cell.2016.02.065 Ayers M, Lunceford J, Nebozhyn M, Murphy E, Loboda A, Kaufman DR, Albright A, Cheng JD, Kang SP, Shankaran V et al (2017) IFN-gamma-related mRNA profile predicts clinical response to PD-1 blockade. J Clin Invest 127(8):2930–2940. https://doi.org/10.1172/JCI91190 Ding L, Ley TJ, Larson DE, Miller CA, Koboldt DC, Welch JS, Ritchey JK, Young MA, Lamprecht T, McLellan MD et al (2012) Clonal evolution in relapsed acute myeloid leukaemia revealed by whole-genome sequencing. Nature 481(7382):506–510. https://doi.org/10.1038/nature10738 Zhou Z, He H, Wang K, Shi X, Wang Y, Su Y, Wang Y, Li D, Liu W, Zhang Y et al (2020) Granzyme A from cytotoxic lymphocytes cleaves GSDMB to trigger pyroptosis in target cells. Science 368(6494). https://doi.org/10.1126/science.aaz7548