胃肠肿瘤抗PD-1治疗疗效预测新型生物标志物的筛选与鉴定

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研究目的:抗PD-1治疗在包括胃肠肿瘤在内的多种实体肿瘤中取得了显著并持久的疗效,然而这种疗效仅仅局限于小部分人群。据报道,EBV感染与增强的抗肿瘤免疫反应相关,因而我们猜想EBV感染有可能为筛选预测抗PD-1治疗疗效的生物标志物提供一些线索。鉴于此,本论文进行了以下两方面的研究:(1)基于EBV感染,我们利用GEO数据集筛选出抗肿瘤免疫状态CCGs以及其标签基因,并评估其与抗肿瘤免疫状态的相关性;(2)在临床患者中评价标签基因的表达水平对抗PD-1治疗疗效的预测价值;动物实验进一步评价标签基因的表达水平对抗PD-1治疗疗效的预测价值,初步探讨标签基因表达水平预测抗PD-1治疗疗效的可能原因。研究方法:基于GEO胃癌数据集,通过差异基因表达分析筛选出EBV阳性胃癌的特征基因群;通过共表达网络分析,在EBV阳性胃癌特征基因中筛选出与EBV阴性的胃癌之间呈现一致性共表达的基因群;提取该基因群中排名前30名的基因构成抗肿瘤免疫状态CCGs,通过关联分析筛选出抗肿瘤免疫状态CCGs的标签基因。下载包含较大样本量的胃肠癌公共数据集,通过生物信息学分析对抗肿瘤免疫状态CCGs及其标签基因分别进行验证。从南京鼓楼医院生物样本库获取20例胃癌及20例大肠癌组织行RNA测序,进一步验证抗肿瘤免疫状态CCGs与标签基因。GSEA比较公共数据集中EBV阳性的胃癌组织与标签基因高表达的胃肠肿瘤组织基因富集结果。胃肠癌组织RNA测序分析及胃肠癌组织芯片免疫组化染色检测分别在m RNA和蛋白水平评价标签基因与CD8表达水平的相关性。免疫组化法检测临床接受抗PD-1治疗的患者治疗前肿瘤组织标本中标签基因及CD8的表达水平,并与患者的最佳疗效评价进行相关性分析。构建小鼠皮下瘤模型,原位杂交技术检测不同组别的小鼠肿瘤组织中标签基因的表达;此外,通过原位杂交技术检测对抗PD-1治疗相对敏感的小鼠皮下瘤组织中标签基因表达水平的动态变化。结果:我们通过对胃癌数据集GSE51575分析并筛选出788个EBV阳性胃癌的特征基因,并进一步从中筛选出290个基因,其表达水平在EBV阳性及EBV阴性的胃癌之间呈现一致性共表达状态。我们将其中共表达评分最高的30个基因命名为抗肿瘤免疫反应状态CCGs,并筛选出SLAMF8基因作为抗肿瘤免疫反应状态CCGs的标签基因。此外,在胃肠癌公共数据集中的胃肠癌组织以及我们RNA测序的胃肠癌组织中,抗肿瘤免疫状态CCGs可以分别将很好地将胃癌及大肠癌组织分群,且SLAMF8与抗肿瘤免疫状态CCGs的表达水平成正相关。GSEA结果显示EBV阳性的胃癌与SLAMF8高表达的胃肠肿瘤有相似的与抗肿瘤免疫相关的基因富集结果,如T细胞活化、IFN-γ的正向调控等。RNA测序结果、胃肠癌公共数据集以及组织芯片免疫组化分析证实SLAMF8与CD8的表达在m RNA和蛋白水平均成正相关。临床患者样本的分析结果显示抗PD-1治疗敏感组的患者肿瘤组织SLAMF8蛋白表达水平显著高于不敏感组。体内动物实验结果表明SLAMF8表达水平在抗PD-1治疗相对敏感组高于相对不敏感组;且在抗PD-1治疗相对敏感组的小鼠皮下瘤模型中,随着治疗的进行,肿瘤组织中SLAMF8m RNA表达水平呈现上升的趋势。结论:基于公共数据库数据集,我们以EBV感染为线索,通过生物信息学分析筛选出代表体内抗肿瘤免疫反应状态的CCGs及其标签基因SLAMF8。我们通过多阶验证并证实SLAMF8的表达水平与抗肿瘤免疫状态密切相关,是预测抗PD-1治疗疗效的潜在生物标志物。因此,在经过更大样本量验证后,SLAMF8有望成为一个预测胃肠肿瘤抗PD-1治疗疗效的新型生物标志物。
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