肿瘤突变负荷与免疫细胞浸润联合分析在胃修改见批注!癌预后评估中的临床意义.docx
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1、L肿瘤突变负荷与免疫细胞浸润联合分析在胃iZ癌预后评估中的临床意义段福慧王光明(大理大学第一附属医院基因检测中心,云南一大理671000)作者简介:段福慧(1993),女,本科,检验技师。通信作者:王光明(1973),男,博士,教授,研究方向:神经内科,电子邮箱:基金项目:云南省科技厅,(2017DQCO2);云南省卫计委医学学科带头人,(D-);云南省自然科学基金,2019FH001-(020);云南省教育厅科学研究基金项目,(2020J0590)。【摘要】目的研究肿瘤突变负荷(TMB)对胃癌(GC)患者预后的影响并进一步探讨TMB与免疫细胞浸润的关系。方法从TCGA数据库中下载GC患者体细
2、胞基因突变数据、转录组数据及临床数据,使用R语言“maftools”软件包分析基因突变概况,并计算,每个样本的TMB0将样本按TMB的高低分为两组,进行生存分析。使用“limma”包对高、低TMB两组的表达谱进行差异分柝,利用R语言对差异基因进行GO及KEGG通路富集分析。基于ImmPOrt数据库,筛选出差异免疫基因共97个。通过CoX回归分析,筛选出4个预后相关基因构建预后模型。通过TIMER数据库,进一步评估GC突变基因和免疫细胞浸润之间的相关性。最后,使用Cox回归模型与生存分析来评估免疫细胞的预后价值。结果通过TCGA数据库共筛选出胃癌样本375例,正常样本32例。其中375例样本中O
3、T单核甘酸突变发生次数最多,GC中突变率最高的三个基因是TTN、TP53和MUC16;使用Kaplan-Meier法进行生存分析,发现高TMB值与更好的生存结果相关:筛选出816个差异表达基因,进行基因通路富集分析,发现这些基因主要在肌肉系统的形成与含胶原蛋白的细胞外基质和神经活性配体-受体相互作用的通路上明显富集:单变量CoX回归分析鉴定了12个与预后相关的基因,多因素COX回归分析筛选出APoD、FGF7、AMHR2、NPR3这4个基因来构建预后模型,结果表明高风险组的患者生存率更差。不同的TMB水平表现出不同的免疫浸润模式,高TMB组中CD81+1T细胞、CD41+j.T细胞和Tfh细胞
4、的丰度明显高于低TMB组:通过COX回归结果显示一高巨噬细胞浸润与GC患者较差的生存结果相关。结论较高的TMB与胃癌患者更好的生存预后相关;高巨噬细胞浸润预示胃癌患者预后较差。【关键词】胃癌;Tm数据库:-肿瘤突变负荷;免疫细胞浸涧:预后中图分类号R735.2-格式的:两端时齐)CIiniCalSignifiCanCeOfCOmbinedAnalySiSOfTUmorMinatiOnBUrdenandInInIUneCCIlInfiltrationinPrOgnoSiSEVaIUaliOnOfGaStriCCanCCrDUanFUhUi,WangGuangming(GCnC【csiingCCn
5、lCrOfIhCFirSlAnIIia【cdHoSDilalOfDaIiUnivcrsily.YUnnanDaLi671000)InlrcduciicnmIheauthor:DUanFUhUi(1993-),Female,BaCheIOrdeqree,:MediCQl字体:TineSNeWRoman1.aboratOryTechnician.COrreSDOndingauthor:WangGUangming(1973).Male,Doctor.PrOfeSSor,ReSearChdirection:InIernalMedicine-Neurology.E-mail:.FUndPrOjeCI:D
6、eDartmenlOfeducationOfYUnnanProvince.(2017DOCO2);MediCaldiscinineIeaderOfYUnnanprovincialhealthandFamiNPlanninRCOmmiSSiOn(D-):NatUralSCienCeFOUndaIionOfYUnnanProvince2019FHOOI-(O20):SCienIifiCReSearChFUndProieCtOfYUnnanPrOVinCialEdUCationDePartment(2()2()J0590).【ABSTRACT】【OBJECTIVE】:TOinvesligalethe
7、effectOfIUmOrmUtaliOnburden(TMB)OnIhCDrognoSiSOfDaIiCnISWiIhgasiricCanCCr(GC)andofurtherinvcsligalc【herclalionshiDbetweenTMBandimmuneCCHinfihraIiOn.【METHODS:SOmaliCgenemulationdata,IranscriDtomedataandCliniCaldataOfGCDalienISWeredownloadedfromIheTCGAdatabase,andIheXenemutationDrofneWaSanalyzedUSinRI
8、heRIangUagemaftoolsSOftWarepackage,andtheTMBOfeachSamPleWaSCaICUlated.SamDleSWeredividedinloIWogroupsaccordingI。IheIeVelOfTMBforSUrViValanalysis.DifferentiaIanalysisOfexpressionDrOfneSbetweenhighandIoWTMBgroupswasDcrfonncdUSingIhClimmapackage,andGOandKEGGDaIhWaYCnriChmCnlanalysisOfdifferentialgenesw
9、asDerfbrmedUSingRIanRUaqe.BaSedOnIheImmPOrtdatabase,aIOIalOf97differeniallyimmunegenesWereselected.ByCOXregressionanalysis,fourProRnoSiS-relatedReneSWereSeIeCtedtoCOnStrUCtaPrORnoSIiCmodel.TheassociationbetweenGCmutatedgenesandimmuneCellinfiltrationWaSfurtherassessedbytheTIMERly、IheDrognoSliCValUeOf
10、immuneCelISWaSassessedUSingCoXregressionmodelsWiIhSUrViValanalysis.【Results】:AtotalOf375gaslricCanCerSamDICSand32normalSamDlKSWerCSCrCCnKdbvTCGAdatabase.AInOnghem,IhCCTSinglenucleotidemuiationOCCUlTedIhemostfreuenll,in375samples,andIheIhreeReneSWithIhehighestmutationrateinGCWereTTN,TP53,andMUCl6;SUr
11、ViVaIanalysisUSingIheKaman-MeiermethodrevealedthathighTMBVaIUKSWereassociatedWithbelterSUrViVaIoutcomes:816differentiallyexpressedgenesWereSeleCIedandgeneDalhwayenrichmenlanalysisrevealedIhalIheSegenesWeremainlyenrichedinIheDalhWaybclwccnIhCfornalionOf【heInuSClCSySlKnlandCOHagCn-COnlainingexlracellu
12、larmatrixandneuroactiveIiaand-recegorinteraclions:UniVariaIeCoXregressionanalysisidentified12genesassociatedWilhDrOgnOsis,andmultivariaeCOXregressionanalysisSCreenedfourgenes,APOD,FGF7.AMHR2,andNPR3JoConSlrUClaPrOgnoSliCmodel、andIheresultsShOWedthatpatientsinIhehigh-riskgrouphadaWorSeSUrViValrale.Di
13、lTerenlTMBIeVelSShoWeddifferenlPaHernSOfimmuneinfillralion,and【heabundanceOfCD81+Tcells,CD41+Tcells,andTfhCClISWaSSignifiCanuyhigherinIhChighTMBgroupIhanin【heIoWTMBgroup;IhCrcsuksOfCoXregressionanalysisShOWedIhathighmacroDhageinfilIraIiOnWaSassociatedWilhDoOrSUrViValOUIComeSinGCDalienis.【Conclusion】
14、:HigherTMBisassociatedWithbelterSUrViVaIPrOIgnOSiSinRaStriCCanCerpatients;highmacrophageinfiltrationPrediCtSDoOrCrDrognoSiSingasiricCanCCrDaliCnis.【KeyWords】:GaSIriCcancer;TCGAdaiabasc;TUmorMUIaUonBurden;ImmUnCCCHinfiltration;TheProRnOSis;胃癌(Gastriccancer,GO作为消化系统发病率最高的恶性肿瘤,-是全球第-一I-格式的:两端对齐J五大最常见的肿
15、瘤和第四大最常见的癌症死亡原因。截止至2020年全球有超过100万新发GC病例和近80万GC患者死亡。中国癌症报告显示,GC的发病率位居全国第二且呈现年轻化的特点,新发病例约为40.3万例。由于缺乏早期诊断标志物,大部分胃癌患者被确诊时已处在晚期阶段,其预后较差。因此研窕GC预后的机制,挖掘关键基因,寻求对GC更敏感的生物标志物,对改善GC患者的总体生存期至关重要。肿瘤突变负荷(IUmorMUtationBUrdenJMBL是指一份炉b.:U带格式的:字体:宋姆小四二)因的外显子编码区霖兆碱基中发生置换和插入/缺失突变的总数”。有研究表明,Ji.有较高突变负荷的肿瘤能够在肿瘤细胞表面募集到更多
16、的新抗原,增加肿瘤的免疫原性,从而提高免疫治疗的疗效。肿瘤基因突变具有高度特异性,不同患者之间存在不同的基因突变图谱,而TMB可能是多种实体肿瘤免疫治疗结局的潜在生物标志物。近年来,越来越多的研究数据表明TMB是免疫检查点抑制剂(ImmuneCheckpointInhibitors,ICIS)的新型生物标志物,能够预测免疫治疗的疗效。2020年6月17日,FDA批准TMB-H(TMB210MUtS/Mb)作为筛选癌症患者的分子生物标志物。因此,本研究旨在评估TMB在GC患者中的预后价值及其与免疫细胞浸润的关联。1资料与方法1.1 资料获取利用TCGA官网推荐的下载软件gdc-client从基因
17、组数据共享(GenomicDataCommons,GDC)平台,下载GC患者转录组数据其中胃癌样本375例,正常样本32例、运用StrawberryPerl5.32.1软件将转录组数据整理成基因表达矩阵文件。收集相应的临床信息包括年龄、性别、AJCCTNM分期、病理分期、肿瘤分级和生存状况等将其整理成R软件可以识别的数据格式(XML格式)。突变数据经过VarScan软件处理,并使用“maftools”包进行可视化突变基因和突变分型。1.2 TMB的计算_通过J足弃JAVA8平台的Perl脚本计算每个样本的TMB值,表达为体细胞突变总数/测序区域大小,单位为mutationsMb(,1.3 TM
18、B突变情况及高TMB组和寸低迺组生存分析所有肿瘤样本的高TMB组和低TMB组由中位TMB分数定义,利用R软件“survival”包分析两组之间生存率的差异。并使用WiICoXOn秩和检验,来评估TMB水平与临床特征之间的相关性。1.4 筛选差异表达基因_根据前文所述,GC患者分为了高TMB组和低TMB组。差异表达基因(DEGS)由“limnia”包识别,采用热图展示分析结果。DEGS的热图是通过“pheatmap”包得出,:eg.db”包用于注释DEGSo1.5基因通路富集分析一利用R语言对获得的差异基因进行KEGG(kyotoencyclopediaofgenesandgenomes)和GO
19、(geneoncology)富集分析。当PVO.05,错误发现率(FDR)0.05,则认为富集的基因集有临床意义,结果以柱状图的形式输出。1.6 筛选差异免疫基因及构建预后模型从ImmPort数据库(.org)下载免疫相关基因的列表,再利用“Limina”包找出分组后差异表达基因,取两者交集后将得到的差异免疫基因,通过“VennDiagram包进行可视化。采用“Survival”包对差异免疫基因进行单变量COX回归分析找出与预后相大的基因。多变量Cox回归分析构建基因预后模型,并将得到Cox模型进行KaPIan-MCier生存分析,生成RoC(receiveroperatingCharaCIC
20、riStiC)曲线以评估TMB预后风险评分的预测值。1.7 免疫细胞浸润分析及免疫相关生存分析基于TIMER数据库()的“SCNA”模块,用箱形图比较不同免疫细胞浸润和参与模型构建的4个基因拷贝数的变化。最后,使用“survival”模块,分别绘制6种免疫细胞在高、低浸润组中的KaPIan-Meier图。并对每个图中的两组生存曲线通过LogRank检验获得P值,以探究免疫细胞浸润水平与其生存的关系。1.8 统计学方法分析_数据可视化和差异分析由“limma”R包执行。Cox回归分析和Kaplan-Meier分析由“Survival”R包进行。Wilcoxon秩和检验是一种非参数检验,用于检测两
21、组之间的差异。单、多因素COX回归分析差异表达的基因进行预后分析。通过LogRank检验获得P值,分析免疫细胞浸润水平与其生存的关系。所有统计学分析均在R软件(版本3.6.3)上进行。以PT突变在GC中的发生率最高(91939)o每个样本的变异数从0到5612不等,中位数为89。瀑布图显示了前30个突变基因及其在突变类别方面的状态(图1B)。前20个突变基因如下:TTN.TP53、MUCI6、ARIDlA.LRPlB.SYNEl、FLG、FAT4、CSMD3、PCL0、DNAH5、KMT2D、FAT3、OBSCN、HMCNKRYR2、ZEFX4、SpTA1、CSKMDl和PIK3CA0殷们I使
22、用交互图来显示前20个突变基因之间的共性和互斥性(图IC)。绿色代表突变基因之间的共突变关系,而棕色代表基因之间的互斥关系。基因云图(图ID)可以突出显示突变较多的基因。B(Yfc16COLl2A1OBSCNDNAHllTP53PCLOZFHX4UCSM01RYR3图1_胃斑基因突变全景图注:f突变信息概况:(a)突变类别;(b)变异类型;(C)单核昔酸变异类型;(d)每个样本的突变数目:(e)突变类别概况;(f)十大突变基因;B.胃癌前30个突变基因的瀑布图:C.一对互斥或共同发生的突变基因;D.基因云图。2.2 TMB在GC中的预后价值一通过perl脚本计算了每个GC样本的TMB分数,根据
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