張麗萍,林雪萍,宋輝,雷萍,朱巧英
610045成都,四川省婦幼保健院 檢驗(yàn)科
子宮內(nèi)膜癌(endometrial carcinoma,EC)是女性生殖系統(tǒng)3大惡性腫瘤之一,發(fā)病率居世界女性惡性腫瘤的第6位[1]。近年來(lái),我國(guó)女性EC發(fā)病率呈逐年上升趨勢(shì)[2- 3]。早期EC主要以手術(shù)治療為主,預(yù)后良好,5年生存率可達(dá)74%~91%[4]。而對(duì)于轉(zhuǎn)移或復(fù)發(fā)性患者,化療、放療等治療方法療效有限,5年生存率僅20%~26%[4],迫切需要探索新的有效的治療方法。2013年,Science雜志將腫瘤免疫治療列為重要的科學(xué)突破,提示免疫療法將在癌癥治療領(lǐng)域發(fā)揮里程碑式的作用[5]。其中,免疫檢查點(diǎn)抑制劑(抗PD-1/PD-L1)已經(jīng)用于治療多種實(shí)體腫瘤,且療效顯著。然而,目前免疫檢查點(diǎn)抑制劑療法應(yīng)用于EC仍處于試驗(yàn)階段。
免疫檢查點(diǎn)分子異常表達(dá)是腫瘤免疫逃逸的機(jī)制之一。由癌細(xì)胞、DC細(xì)胞、巨噬細(xì)胞或骨髓來(lái)源的抑制細(xì)胞表達(dá)的抑制性配體,與T細(xì)胞表面受體分子結(jié)合后激活負(fù)性通路,抑制T細(xì)胞增殖或抗腫瘤活性[6]。目前已發(fā)現(xiàn)多條免疫檢查點(diǎn)通路與腫瘤免疫逃逸相關(guān),如PD-1/PD-L1,CTLA-4/CD80,TIM-3/Gal-9和LAG-3/FGL1[7- 9]。在EC中,免疫檢查點(diǎn)的研究目前主要集中在PD-1/PD-L1通路。2013年,美國(guó)癌癥基因組圖譜( The Cancer Genome Atlas, TCGA )項(xiàng)目將373例EC分為4種分子亞型:POLE突變型(7%);微衛(wèi)星不穩(wěn)定型(microsatellite instability,MSI)(28%);拷貝數(shù)低型(39%)和拷貝數(shù)高型 (26%)[10]。之后,Stelloo等[11]通過(guò)免疫組化、一代測(cè)序等技術(shù)將EC分為POLE突變型,MSI型,無(wú)特異性分子變異(no specific molecular profile, NSMP)和TP53突變型,分別對(duì)應(yīng)于上述TCGA的四種分子亞型。研究發(fā)現(xiàn),POLE突變型和MSI亞型的腫瘤突變負(fù)荷(tumor mutation burden, TMB)明顯升高[10],而高TMB的腫瘤更容易從PD-1/PD-L1抑制劑中治療獲益[12- 13]。此外,POLE突變的EC組織中浸潤(rùn)T細(xì)胞、CD8+ T細(xì)胞以及PD-1表達(dá)顯著升高[14]。近期的幾個(gè)案例報(bào)道也顯示,PD- 1單抗治療POLE突變型EC療效顯著[15- 16]。這些結(jié)果提示POLE突變與MSI亞型的EC可能更適合PD-1/PD-L1阻斷治療[17- 18]。然而,其他各種免疫檢查點(diǎn)分子在EC組織中的表達(dá)及意義目前并不清楚,限制了其他免疫療法的應(yīng)用及患者篩選。
本研究采用TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)中最新的EC病例及其基因數(shù)據(jù)(n=521),驗(yàn)證了4種分子亞型與患者臨床特征以及腫瘤免疫表型的關(guān)系。同時(shí)分析了多種免疫檢查點(diǎn)分子在EC中的表達(dá)情況,及其與腫瘤微環(huán)境、患者預(yù)后的關(guān)系。這些結(jié)果揭示了不同EC亞型中各種免疫抑制分子的表達(dá)特征,為免疫治療在EC中的應(yīng)用提供參考。
截止2018年11月,TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)共收集EC患者560例。下載患者臨床信息、腫瘤組織全外顯子測(cè)序數(shù)據(jù)(maf文件)、RNA-seq數(shù)據(jù)(counts文件)。經(jīng)整理,三類(lèi)數(shù)據(jù)齊備的病例數(shù)為521例,可用于后續(xù)分析。
根據(jù)TCGA下載的全外顯子測(cè)序結(jié)果(maf文件),采用MSIseq軟件[19]對(duì)腫瘤的MSI狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)。POLE、TP53基因的突變信息直接從maf文件中提取。對(duì)于POLE基因,選取其核酸外切酶結(jié)構(gòu)域的突變,這些突變導(dǎo)致DNA聚合酶ξ失去錯(cuò)配修復(fù)功能,從而廣泛引起基因突變[17]。按照Stelloo提出的基因分型規(guī)則,將EC組織分為POLE突變型、MSI型、NSMP型以及TP53突變型[11]。
對(duì)于RNA-seq的原始reads數(shù)據(jù),采用TPM(transcripts per million)的方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理[20]。各種免疫細(xì)胞、腫瘤間質(zhì)細(xì)胞在腫瘤組織中的豐度由這些細(xì)胞的基因標(biāo)志物進(jìn)行計(jì)算?;驑?biāo)志物采用Prat等[21]整理的不同免疫細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞的標(biāo)志基因。具體某種細(xì)胞豐度的計(jì)算采用文獻(xiàn)報(bào)道的方法[22],即以該細(xì)胞所有標(biāo)志基因的平均表達(dá)值作為細(xì)胞豐度指標(biāo)。
四種EC分子亞型與病例組織學(xué)類(lèi)型、分期、分級(jí)、年齡的相關(guān)性采用卡方檢驗(yàn)或Fisher精確法檢驗(yàn)。各種免疫細(xì)胞成分、免疫檢查點(diǎn)分子在不同分子亞型、不同組織學(xué)類(lèi)型中的表達(dá)差異采用t檢驗(yàn)或秩和檢驗(yàn)。TMB在不同患者組別中的差異分析采用秩和檢驗(yàn)。采用Kaplan-Meier曲線比較患者總生存期(overall survival, OS)和無(wú)復(fù)發(fā)生存期(relapse-free survival, RFS),log-rank檢驗(yàn)計(jì)算統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性。對(duì)于不同的免疫檢查點(diǎn)基因,通過(guò)基因表達(dá)值的中位值將患者分為高、低表達(dá)兩組。FGL1基因表達(dá)值與各種細(xì)胞成分的相關(guān)性分析采用Pearson方法。所有統(tǒng)計(jì)計(jì)算采用R軟件(版本3.5.1)進(jìn)行,雙側(cè)P<0.05作為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
521例EC患者的中位年齡64歲(區(qū)間31 ~ 90歲)。按照病理類(lèi)型,子宮內(nèi)膜樣腺癌389例(74.7%),漿液性腺癌110例(21.1%),混合型癌22例(4.2%)。病理學(xué)分級(jí)為G1、G2、G3的患者分別為96例(18.4%)、115例(22.1%)、310例(59.5%)。按照Stelloo的分型規(guī)則[11],全部患者被分為POLE突變型(41例)、MSI型(154例)、NSMP型(171例)和TP53突變型(155例)。四種分子亞型與組織病理學(xué)類(lèi)型、腫瘤分期、腫瘤分級(jí)、患者年齡均具有顯著關(guān)聯(lián)(圖1A)。其中TP53突變型主要與漿液性癌、腫瘤高分級(jí)、患者高年齡相關(guān)。與TP53突變型/NSMP型相比,POLE突變型和MSI型EC中總白細(xì)胞(CD45)、T淋巴細(xì)胞及CD8+T細(xì)胞成分顯著升高(P<0.001,圖1B)。然而,這些細(xì)胞在POLE突變型和MSI型之間并沒(méi)有顯著差異。生存分析表明,四種分子亞型中,POLE突變型預(yù)后較好,TP53突變型預(yù)后最差(OS和RFS均為P<0.001,圖1C)。
圖1 TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)中EC的分子分型
Figure 1. Molecular Subtypes of EC from TCGA
A.Correlationbetweenfourmolecularsubtypesandclinicalandpathologicalparameters.PvaluewascalculatedbyChi-squaretestorFisherexacttest.B.Analysisofinfiltratinglymphocyteabundanceinfourmolecularsubtypes.Pvaluewascalculatedbyt-test.C.Kaplan-MeiermethodwasusedtoplotOSandRFSoffourmolecularsubtypes.Pvaluewascalculatedbylog-ranktest.
PD-1及其配體分子PD-L1和PD-L2在POLE/MSI亞型中表達(dá)顯著高于TP53/NSMP亞型(P<0.01,圖2)。PD-1/PD-L1/PD-L2表達(dá)在POLE與MSI兩種亞型之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。類(lèi)似地,CTLA-4(P<0.001)及配體CD80的表達(dá)(P=0.006)在POLE/MSI兩種亞型中的表達(dá)高于另外兩種亞型。不過(guò),CTLA- 4的另一個(gè)配體CD86(P=0.062)在四種亞型中無(wú)明顯變化。雖然TIM- 3在POLE/MSI亞型中表達(dá)高于NSMP/TP53亞型(P=0.006),但其配體Gal- 9在四種亞型中的表達(dá)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.096)。POLE/MSI亞型中LAG- 3表達(dá)較NSMP/TP53亞型升高,差異具有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。作為L(zhǎng)AG- 3的配體,F(xiàn)GL1分子則主要在MSI及NSMP兩種亞型中高表達(dá)(圖2)。
圖2 四種分子亞型中不同免疫檢查點(diǎn)分子的表達(dá)分析
Figure 2. Expression of Diverse Immune Checkpoint Molecules in Four Molecular Subtypes of EC
Expressionofreceptors/ligands(PD-1/PD-L1/PD-L2,CTLA-4/CD80/CD86,TIM-3/Gal-9,LAG-3/FGL1)infourmolecularsubtypeswasanalyzed,anddifferenceingeneexpressionamonggroupswascomparedbyt-test.
在各種免疫檢查點(diǎn)受體分子中,CTLA-4和PD-1高表達(dá)的患者OS顯著延長(zhǎng)(P<0.05,圖3A)。TIM-3和LAG-3高表達(dá)組OS也有延長(zhǎng)趨勢(shì),但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。在相應(yīng)配體分子中,CD80、PD-L1、Gal-9表達(dá)均與OS無(wú)顯著相關(guān)。但是,F(xiàn)GL1高表達(dá)組的OS較低表達(dá)組更好,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.007,圖3A)。多數(shù)免疫檢查點(diǎn)分子(包括CTLA-4/CD80、PD-1/PD-L1、TIM-3/Gal-9和LAG-3)與RFS并無(wú)顯著相關(guān)(P>0.05,圖3B)。然而,F(xiàn)GL1高表達(dá)與RFS延長(zhǎng)顯著相關(guān)(P<0.001,圖3B)。
進(jìn)一步分析LAG-3/FGL1基因表達(dá)與病理類(lèi)型的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)LAG-3在子宮內(nèi)膜樣癌(endometrioid)、混合型癌(mixed)、漿液性癌(serous)中的表達(dá)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(圖4A)。FGL1在子宮內(nèi)膜樣癌中的表達(dá)顯著高于另外兩種病理學(xué)類(lèi)型(P<0.001,圖4A)。生存分析表明,在子宮內(nèi)膜樣癌中,F(xiàn)GL1高表達(dá)與RFS延長(zhǎng)顯著相關(guān)(P=0.012,圖4B)。FGL1高表達(dá)組與低表達(dá)組相比OS有延長(zhǎng)趨勢(shì),但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.140,圖4B)。在漿液性/混合型癌中,F(xiàn)GL1表達(dá)與OS或RFS的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,圖4B)。
圖3 各種免疫檢查點(diǎn)分子與EC患者預(yù)后的相關(guān)性分析。根據(jù)每個(gè)基因的表達(dá)值,按中位值作為閾值將患者分為高(High)、低(Low)表達(dá)兩組。采用Kaplan- Meier法繪制兩組患者的生存曲線,用log- rank檢驗(yàn)計(jì)算統(tǒng)計(jì)顯著性。
Figure 3. Correlation between Expression of Immune Checkpoint Molecules and Prognosis of EC Patients
Accordingtotheexpressionvalueofeachgene,patientsweredividedintohigh-andlow-expressiongroupsusingmedianasthethreshold.Kaplan-Meiercurvesoftwogroupswerecomparedbylog-ranktest.(A)AnalysisforOS.(B)AnalysisforRFS.
通過(guò)分析LAG-3/FGL1表達(dá)與腫瘤微環(huán)境中浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)LAG-3與CD8+T淋巴細(xì)胞成分顯著相關(guān)(r>0.75,圖4C),而FGL1與CD8+T淋巴細(xì)胞無(wú)明顯相關(guān)性(r<0.1,圖4C)。同樣,F(xiàn)GL1與Treg細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等免疫負(fù)調(diào)控細(xì)胞也無(wú)明顯相關(guān)性(r<0.1,圖4C)。我們推測(cè)FGL1主要表達(dá)于癌細(xì)胞,因此比較了癌組織與23例正常對(duì)照組織中FGL1的表達(dá)。與正常組織相比,子宮內(nèi)膜樣癌組織中FGL1表達(dá)顯著升高(P<0.001,圖4D)。而漿液性/混合型癌組織與正常組織相比,F(xiàn)GL1表達(dá)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.300,圖4D)。此外,F(xiàn)GL1高表達(dá)的腫瘤組織中,腫瘤突變負(fù)荷顯著升高(P=0.020,圖4E)。
圖4LAG-3/FGL1免疫檢查點(diǎn)通路分析
Figure4.Analysis ofLAG-3/FGL1Immune Checkpoint Pathway
A.ExpressionofLAG-3andFGL1inendometrioid,mixedandserouscarcinomas.Comparisonbetweengroupswasconductedbyt-test;ns=notsignificant;***=P<0.001.B.SubgroupanalysisofrelationshipbetweenFGL1andprognosis.CorrelationbetweenFGL1expressionandOSinendometrioidcarcinoma,thatbetweenFGL1expressionandRFSinendometrioidcarcinoma,thatbetweenFGL1expressionandOSinserous/mixedcarcinoma,andthatbetweenFGL1expressionandRFSinserous/mixedcarcinomawereanalyzed,respectively.Pvaluewascalculatedbylog-ranktest.C.Pearsoncorrelation(riscorrelationcoefficient)betweenLAG-3/FGL1andtheinfiltrationabundanceofvariousimmunecells.D.ExpressionofFGL1innormaltissue,endometrioidcarcinomasandserous/mixedcarcinomasweredifferent.t-testwasusedtocomparethedifferencebetweengroups.E.RelationshipbetweenFGL1expressionandTMB.PatientsweredividedintotwogroupsaccordingtothemedianvalueofFGL1expression.DifferenceofTMBbetweengroupswascalculatedbyMann-Whitneytest.
近年來(lái),免疫治療在抗腫瘤領(lǐng)域取得巨大進(jìn)展。其中,免疫檢查點(diǎn)抑制劑如Ipilimumab(靶向CTLA-4)、Nivolumab和Pembrolizumab(靶向PD-1)已經(jīng)獲批用于臨床治療,靶向LAG-3的抑制劑也已開(kāi)展臨床試驗(yàn)。針對(duì)晚期/復(fù)發(fā)性EC,雖然目前尚無(wú)大規(guī)模隨機(jī)對(duì)照臨床試驗(yàn)結(jié)果,但多項(xiàng)小樣本試驗(yàn)、個(gè)案報(bào)道提示免疫治療有巨大潛力。比如,PD- 1抗體Pembrolizumab治療MMR基因缺陷型復(fù)發(fā)性EC,總反應(yīng)率和疾病控制率分別為55%和89%[23]。另一項(xiàng)研究報(bào)道了2例多次復(fù)發(fā)、難治性EC患者,應(yīng)用PD- 1抑制劑Nivolumab進(jìn)行治療,治療反應(yīng)良好[16]。然而,臨床試驗(yàn)KEY- Note 028納入了24例PD- L1表達(dá)評(píng)分大于1的、MSI- H型EC患者,經(jīng)Pembrolizumab治療后,總有效率僅為12.5%[24]。這些結(jié)果表明,雖然免疫治療能讓部分EC患者獲益,如何篩選獲益患者、以及藥物選擇仍有待進(jìn)一步研究。
EC的四種分子亞型與免疫檢查點(diǎn)抑制劑治療反應(yīng)有潛在關(guān)聯(lián)。POLE突變型和MSI型腫瘤具有廣泛的基因突變,TMB更高。研究表明,在非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)中高TMB與PD- 1/PD- L1抑制劑獲益顯著相關(guān)[12- 13]??赡苁且?yàn)楦逿MB的腫瘤有機(jī)會(huì)產(chǎn)生更多腫瘤新抗原,由此刺激抗腫瘤免疫應(yīng)答反應(yīng)。文獻(xiàn)還報(bào)道,POLE突變型EC組織中浸潤(rùn)T細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞數(shù)目,以及PD-1表達(dá)顯著升高[14]。本研究對(duì)TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)中更新后的521例EC患者進(jìn)行再分析,同樣證實(shí)POLE突變型和MSI型的腫瘤中總白細(xì)胞、T細(xì)胞以及CD8+T細(xì)胞浸潤(rùn)程度顯著升高。這與TCGA樣本的HE染色一致,其結(jié)果顯示POLE突變型腫瘤中淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)最豐富,而MSI型的浸潤(rùn)程度介于POLE突變型和微衛(wèi)星穩(wěn)定型之間[15]。本研究也再次證實(shí)POLE突變型和MSI型EC中PD-1和PD-L1的表達(dá)明顯高于另外兩種亞型。Eggink等[25]通過(guò)免疫組化的方法也同樣證明該現(xiàn)象。TIM-3作為免疫檢查點(diǎn)分子,在腫瘤免疫逃逸中發(fā)揮作用,可作為潛在的腫瘤免疫治療靶點(diǎn)[26]。本研究雖然發(fā)現(xiàn)TIM-3在POLE/MSI型EC中高表達(dá),但其配體Gal-9在四種分子亞型中表達(dá)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,與預(yù)后的相關(guān)性也無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。因此,靶向TIM-3/Gal-9通路在EC中的意義尚需進(jìn)一步研究。此外,我們發(fā)現(xiàn)免疫抑制分子CTLA-4/CD80在POLE突變型和MSI型中的表達(dá)顯著高于TP53突變型及NSMP亞型。因此,抗PD-1/PD-L1和抗CTLA-4治療在POLE突變型和MSI型中的應(yīng)用均值得進(jìn)一步深入研究。
LAG-3是活化T細(xì)胞表面的另一個(gè)免疫抑制性受體。LAG-3在腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞表面中表達(dá)上調(diào),而阻斷LAG-3可以提高抗腫瘤T細(xì)胞反應(yīng)[27- 28]。此外,同時(shí)阻斷LAG-3和PD-1兩條通路比單獨(dú)阻斷任何一條通路具有更好的抗腫瘤效應(yīng),提示LAG-3與PD-1在腫瘤免疫逃逸機(jī)制中起協(xié)同作用[9, 27- 28]。因此LAG-3是一個(gè)重要的免疫治療靶點(diǎn),目前已經(jīng)在血液腫瘤(NCT02061761)和實(shí)體腫瘤(NCT01968109)中開(kāi)展相關(guān)臨床試驗(yàn)。本研究發(fā)現(xiàn)LAG-3在EC的四種分子亞型中的表達(dá)趨勢(shì)與PD-1、CTLA-4相似,提示抗LAG-3可能作為EC治療靶點(diǎn)。FGL1最近剛被鑒定為L(zhǎng)AG-3的配體,在腫瘤免疫抑制中發(fā)揮重要作用[9]。本研究發(fā)現(xiàn),F(xiàn)GL1在EC中的表達(dá)趨勢(shì)與其他免疫抑制分子有一定差別。比如FGL1在POLE突變亞型中表達(dá)并不高,而在MSI中表達(dá)升高。此外,F(xiàn)GL1在NSMP中表達(dá)也異常升高。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),F(xiàn)GL1的表達(dá)與T細(xì)胞、Treg細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等間質(zhì)細(xì)胞成分均無(wú)相關(guān)性,而在子宮內(nèi)膜樣癌中顯著高于正常對(duì)照組織。這與文獻(xiàn)報(bào)道一致,F(xiàn)GL1在NSCLC中主要表達(dá)于癌細(xì)胞,而腫瘤間質(zhì)表達(dá)較低[9]。在NSCLC組織中,F(xiàn)GL1高表達(dá)與患者不良預(yù)后顯著相關(guān)[9]。本研究發(fā)現(xiàn)在子宮內(nèi)膜樣癌中,F(xiàn)GL1高表達(dá)的患者RFS較好,而在漿液性或混合型癌中FGL1表達(dá)與患者預(yù)后的關(guān)系無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這表明,LAG-3/FGL1通路調(diào)控較為復(fù)雜,在不同癌種、不同病理學(xué)類(lèi)型中可能有不同機(jī)制??傊琇AG-3/FGL1通路在EC中異常表達(dá),提示該通路可作為EC免疫治療的另一個(gè)候選靶點(diǎn),為后續(xù)基礎(chǔ)研究和臨床研究提供了思路。
綜上所述,抗PD-1/PD-L1治療EC在小樣本試驗(yàn)中已經(jīng)顯示出較好的治療反應(yīng)和臨床獲益。本研究通過(guò)分析TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)中較大樣本的EC基因數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)PD-1、CTLA-4和LAG-3分子在POLE突變型和MSI型EC中表達(dá)升高。特別是LAG-3/FGL1通路的表達(dá)特征具有重要臨床意義。因此,單獨(dú)靶向其中任意一條通路或聯(lián)合阻斷多條通路,均可作為EC免疫治療的候選策略。
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