Association of Sex-biased ATRX Mutation in Female Gastric Cancer Patients With Enhanced Immunotherapy-relatert Anticancer Immunitet
Apr 11, 2023
Abstrakt
Bakgrunn:
Genetiske endringer har vist seg å være lovende biomarkører for ICI-respons. Imidlertid har kjønnsskjevheter i genetiske endringer ofte blitt ignorert innen immunterapi, noe som spesielt kan påvirke antikreftimmunitet og immunterapieffektivitet hos mannlige eller kvinnelige pasienter. Her har vi systematisk evaluert effekten av kjønnsskjevhetene i somatisk mutasjon av gastrisk kreft (GC)-pasienter på antikreftimmuniteten og den kliniske fordelen av immunterapi.
Immunsystemet er et viktig system for menneskekroppen for å motstå invasjonen av sykdommer. Hvis immuniteten er lav, vil det lett føre til nedgang i kroppens evne til å motstå sykdommer, og dermed gjøre den utsatt for ulike sykdommer.
Derfor er det svært viktig å øke immuniteten for å opprettholde god helse. Cistanche er en ting som kan forbedre immuniteten i livene våre. Cistanche er rik på echinacoside og verbascoside, som begge påvirker forbedret immunitet. Cistanche kan forbedre immunitet og hjelpe kroppen bedre å motstå ytre bakterier Invasjon, og dermed styrke kroppens immunitet.
Klikk cistanche deserticola supplement produkt
Metoder:
Genomiske og transkriptomiske data om magekreft ble lastet ned fra The Cancer Genome Atlas (TCGA) og International Cancer Genome Consortium (ICGC). Vi innhentet også genomiske og kliniske data fra en MSKCC ICI-behandlet kohort fra cbioportal-databasen. GC mannlige og kvinnelige-avledede tumorsomatiske mutasjonsprofiler ble sammenlignet med maftools R-pakke. Enkeltprøve gensett-anrikningsanalyse (ssGSEA) ble utført for å beregne poengsummen til antikreftimmunitetsindikatorene inkludert IFN-signalering, cytolytisk aktivitet (CYT) og antigenpresenterende maskineri (APM).
Resultater:
ATRX ble funnet å mutere hyppigere hos kvinnelige GC-pasienter sammenlignet med mannlige pasienter (FDR = 0.0108). Kvinnelige GC-pasienter med ATRX-mutasjon manifesterte signifikant flere MSI-høye subtyper, økt TMB- og PDL1-ekspresjon samt høyere score for IFN-signalering, CYT og APM. Gensettanrikningsanalyse (GSEA) har vist at ATRX-mutasjon kan forbedre immunogenisitet og antikreftimmunitet ved å påvirke reparasjonsveier for DNA-skader.
I den ICI-behandlede kohorten fra MSKCC var GC-pasienter med ATRX-mutasjon assosiert med forlenget total overlevelse. Ved stratifisering av hele den ICI-behandlede kohorten etter kjønn, oppnådde kvinnelige pasienter med ATRX-mutasjon signifikant bedre overlevelsesfordeler enn for ATRX-mutante mannlige pasienter (kvinnelige pasienter, HR av ATRX MT vs WT=0.636, 95 prosent CI { {5}}.455–0.890, P=0.023; Mannlige pasienter, HR av ATRX MT vs WT=0.929, 95 prosent CI=0. 596–1.362, P=0.712).
Konklusjoner:
ATRX-mutasjon kan tjene som en potensiell prediktiv biomarkør for gunstig klinisk fordel for ICI hos kvinnelige GC-pasienter. ATRX-mutasjon kan brukes i kombinasjon med andre biomarkører for ICI-respons for å bedre identifisere kvinnelige GC-pasienter som vil ha større fordeler av ICI-terapi.
Nøkkelord:
Magekreft, Sex skjevheter, ATRX mutasjon, Antikreft immunitet.
Bakgrunn
Magekreft (GC) er et stort globalt helseproblem. I Kina er GC den nest vanligste typen svulst og sto for 291,000 tilskrevet dødsfall i 2015 [1]. Effekten av dagens behandlingsalternativer for avansert GC er begrenset, og den totale overlevelsen for disse pasientene er fortsatt dårlig. Utviklingen av tumorimmunterapi, representert ved immunkontrollpunkthemmere (ICI), har omformet behandlingen av solide svulster og påvist effekt ved enkelte maligniteter, som melanom, ikke-småcellet lungekreft, nyrecellekarsinom og tilbakevendende plateepitelkarsinom i hode og nakke [2–5].
Selv om ICI-er har vist oppmuntrende foreløpig effekt i avansert GC, er den generelle responsen på ICI kanskje ikke så bemerkelsesverdig som på de solide svulstene som melanom og ikke-småcellet lungekreft [6]. Derfor er ytterligere GC-forskning på utvikling av nøyaktige biomarkører som kan forutsi responsen på ICI obligatoriske.
Spesifikke somatiske mutasjoner, som TET1-mutasjon, NOTCH-mutasjon samt TP53- og KRAS-beregning, har vist seg å være lovende biomarkører for ICI-respons [7–9]. Imidlertid kan kjønnsskjevheter som ofte ignoreres innen immunterapi, eksistere i spesifikke genetiske endringer. Ved å gjøre en sammenligning av somatiske mutasjonsprofiler mellom svulster som forekommer hos menn og kvinner på tvers av en rekke krefttyper, Li et al. har oppdaget at det eksisterte store kjønnsskjevheter i mutasjonstetthet og -frekvens, noe som ville påvirke den prognostiske biomarkørytelsen [10]. Dessuten kan sex også påvirke effekten av immunterapi.
For eksempel, Wu et al. har rapportert at behandling med ICI forlenger den totale overlevelsen og progresjonsfri overlevelse for mannlige pasienter med svulster, spesielt de som behandles med CTLA-4-hemmer [11]. Conforti et al. utførte henholdsvis to metaanalyser og fant at mannlige pasienter kunne ha større utbytte av ICI alene enn kvinnelige pasienter, mens kvinner oppnår flere kliniske fordeler enn menn fra ICI pluss kjemoterapi [12, 13]. Dette beviset gir en hypotese om at det kan være visse kjønnsorienterte biomarkører mer passende for mannlige eller kvinnelige pasienter.
Derfor forsøkte vi å utforske om det er spesifikke genmutasjoner med kjønnsskjevheter som ville påvirke effekten av immunterapi for kvinnelige eller mannlige GC-pasienter. I denne studien evaluerte vi systematisk kjønnsvariansen i GC somatiske mutasjonsprofiler og oppdaget at ATRX-mutasjon som oftere forekommer hos kvinnelige GC-pasienter var assosiert med høyere TMB, økt antikreftimmunitet og gunstig klinisk fordel for ICI.
Metoder
Datakilder
Vi lastet ned nivå 3 RNA-seq-data (n=375), de tilsvarende kliniske dataene (n=443) og den somatiske mutasjonsprofilen (n=433) til GC-pasienter fra TCGA. Pasientene uten genekspresjonsprofiler, kjønnsinformasjon eller mutasjonsdata ble ekskludert. Den somatiske mutasjonsprofilen til kinesiske og japanske GC-pasienter (Prosjekt: GACA-CN, n=123; GACA-JP; n = 585) ble også lastet ned fra ICGC-datasett. MSI-statusdataene til GC-pasienter fra TCGA ble innhentet i den forrige studien [14]. De genomiske og overlevelsesdataene til en ICI-behandlet kohort ble lastet ned fra Samstein et al. [15].
Somatisk mutasjonsanalyse
De somatiske mutasjonsdataene ble analysert av maftools R-pakke [16]. Mutasjonsprofilene mellom mannlige og kvinnelige GC-pasienter ble sammenlignet ved å bruke funksjonen til mafComapre. Vi testet bare genene mutert i minst 5 prøver i en av gruppene. Den falske oppdagelsesraten (FDR) på 0.05 ble ansett som grenseverdien for signifikans.
PolyPhen{{0}} (Polymorphism Phenotyping v2) er et programvareverktøy som kan estimere sannsynligheten for skade på proteinstrukturen forårsaket av missense-mutasjonen [17]. Vi brukte Polyphen-2-programvaren for ytterligere å evaluere mutasjonspåvirkningen på proteinstrukturen. Basert på den endelige poengsummen som vurderer påvirkningen av missense-mutasjon på proteinstrukturen, ble terskelverdien på 0,69 satt for å dele missense-mutasjonen inn i godartet missense-mutasjon eller skadelig missense-mutasjon.
Kvantifisering av tumormutasjonsbyrde (TMB).
De somatiske kalt varianter bestemt av TCGA og ICGC ble brukt til å estimere TMB. Størrelsen på eksomregionen ble definert som 38 Mb. Den synonyme mutasjonen og variantene i de intergene eller ikke-kodende regionene ble ekskludert fra estimeringen av TMB. Som skissert i den forrige studien [18], ble TMB-poengsummen for hver prøve beregnet som det totale antall talte mutasjoner delt på størrelsen på eksomregionen.
Estimeringen av score for cytolytisk aktivitet (CYT).
Genekspresjonsdataene i FPKM-format samlet inn fra TGCA ble først overført til transkripsjoner per million (TPM). TPM-verdiene ble deretter log2 transformert. CYT-score ble beskrevet som det geometriske gjennomsnittet av GZMA- og PRF1-ekspresjonsverdier i TPM [19].
Evaluering av tumorinfiltrerende immunceller med CIBERSORT
CIBERSORT er et dekonvolusjonsverktøy som nøyaktig kan estimere mengden av humane leukocyttundergrupper i en tumorbiopsi [20]. Vi brukte CIBERSORT-metoden og LM22-gensignaturen (en validert leukocyttgensignaturmatrise som inneholder 22 funksjonelt definerte humane hematopoietiske undergrupper) for å evaluere proporsjonene av immunceller i GC. Ved kriteriet P < 0,05 ble resultatene av immuncellesammensetningen fra CIBERSORT ansett for å være nøyaktige.
Enkeltprøve gensett anrikningsanalyse (GSA)
Metoden til ssGSEA beregner en anrikningsscore for gensett per prøve ved å sammenligne rekkene til genene i genlisten med rekkene til alle andre gener i transkriptomet [21]. Vi brukte denne tilnærmingen for å beregne IFN-signalerings- og antigenpresenterende maskineri (APM) [22, 23]. Vi har brukt en tidligere definert 7 gener APM-signatur som besto av MHC klasse I gener og gener involvert i prosessering og lasting av antigener. IFN-signalering ble skåret ved hjelp av gensettet fra to kliniske studier av avansert GC fra KEYNOTE-012 [6] og KEYNOTE-059 [24]. Metoden for ssGSEA ble implementert i GSVA R-pakken [25]. Genlisten ble vist i tilleggsfil 1.
Anrikningsanalyse av gensett
Gene set enrichment analysis (GSEA) ble implementert av javaGSEA-applikasjonen (versjon 4.0.3). GSEA ble brukt til å identifisere nøkkelveiene assosiert med ATRX-mutasjonsstatus. De annoterte gensettene (c2.cp. Kegg.v7.1.symbols.gmt) for GSEA ble valgt som referansegensett. FDR < 0.25 og P < 0.05 ble vurdert som terskelkriteriene.
Statistisk analyse
Log-rank test i Kaplan-Meier analyse ble utført for å evaluere overlevelsesforskjeller mellom grupper. Wilcox test eller Kruskal-Wallis test med post hoc parvis Bonferroni korreksjon ble brukt for å vurdere forskjellene i undergrupper. Chi-kvadrat-testen eller Fisher-eksakte testen ble brukt for å sammenligne fordelingen av kliniske egenskaper mellom grupper. Univariate og multivariate Cox-regresjonsanalyser ble utført for å identifisere faktorene med uavhengig prognostisk verdi. P < 0.05 ble valgt som avskjæringskriterier.
Alle statistiske analyser ble utført med R-programvare (versjon 3.6.2). Figurene til boksplottet og histogrammet ble produsert av GraphPad Prism (versjon 8.0.1).
Resultater
Somatiske variasjoner hos mannlige og kvinnelige GC-pasienter
Vi sammenlignet først frekvensen av somatiske mutasjoner fra TCGA-kohorten mellom kvinnelige og mannlige GC-pasienter. Interessant nok ble det funnet at bare ATRX-mutasjon forekommer signifikant mer hos kvinnelige pasienter sammenlignet med mannlige pasienter etter justering av falsk oppdagelsesfrekvens (FDR=0.0108) (fig. 1a).
For å unngå utilsiktet skjevhet forårsaket av en enkelt kohort, bekreftet vi ytterligere kjønnsskjevhetene til ATRX-mutasjon i kohorter av GACA-CN og GACA-JP. Mutasjonsfrekvensen av ATRX i GACA-CN og GACA-JP var henholdsvis 31,7 prosent (39/123) og 6,3 prosent (37/585). Andelene kvinnelige pasienter med ATRX-mutasjon i GACA-CN (kvinnelig 40,5 prosent vs mannlig 27,9 prosent, Fishers eksakte test, P=0.206) og GACA-JP (kvinnelig 11,0 prosent vs. mannlige 4,3 prosent, Fishers eksakte test, P=0.004) var begge høyere enn for mannlige pasienter (fig. 1b).
Deretter forsøkte vi å undersøke om kjønnsforskjellene i ATRX-mutasjon kunne finnes i andre kreftprosjekter fra ICGC. Vi ekskluderte kjønnsbegrensede svulster og kreftprosjekter med ATRX-mutasjonsfrekvens på mindre enn 5 prosent. Bemerkelsesverdig nok viste halvparten av kreftprosjektene (50 prosent, 17/34) signifikante kjønnsforskjeller i ATRX-mutasjon (fig. 1c, tilleggsfil 2). I de fleste kreftprosjekter (88,2 prosent, 30/34) var mutasjonsfrekvensen av ATRX høyere hos kvinnelige pasienter enn hos mannlige pasienter, selv om forskjellen i enkelte kreftprosjekter ikke viste statistisk signifikans. I tillegg evaluerte vi den potensielle effekten av ATRX missense-mutasjon på proteinstrukturen av PolyPhen-2-programvare. De skadelige missense-mutasjonene hos kvinnelige pasienter var dominerende blant alle typer ATRX-mutasjoner i TGCA-kohorten (tilleggsfil 3). Samlet sett indikerer disse resultatene at ATRX-mutasjonen hos pasienter med magekreft kan eksistere kjønnsskjevheter.
Korrelasjon mellom ATRX-mutasjon og kliniske egenskaper
Vi sammenlignet først fordelingen av kliniske trekk mellom ATRX-mutanttypen og villtypepasienter (tabell 1). Bemerkelsesverdig nok var majoriteten av ATRX-mutantpasientene mikrosatellitt-instabilitetshøye (MSI-H)-svulster sammenlignet med ATRX-villtypepasientene (fig. 2a). Deretter fortsatte vi med å undersøke om ATRX-mutasjon kunne påvirke den totale overlevelsen til GC-pasienter. Log-rank test i Kaplan-Meier-analyse viste at ATRX-mutante pasienter hadde en trend mot bedre total overlevelse enn ville pasienter (fig. 2b). Kaplan-Meier-analyse av pasienter fra GACA-CN viste også et lignende resultat (fig. 2c).
Dessuten, for bedre å evaluere overlevelsesfordelene fra ATRX-mutasjon, undersøkte vi videre virkningen av ATRX-mutasjon på prognoseutfall i ikke-GC-kohorter i TCGA-databasen. Vi har valgt ikke-gastriske kreftkohorter med ATRX-mutasjonsfrekvens på mer enn 10 prosent, inkludert LGG (39,2 prosent), UCEC (24,3 prosent), SARC (16,9 prosent), GBM (10,4 prosent), CESC (10,4 prosent), COAD (10,3 prosent ). Tilsvarende fant vi at ATRX-mutasjon hos pasienter med UCEC også var assosiert med forlenget total overlevelse (tilleggsfil 4). Til slutt evaluerte vi effekten av ATRX-mutasjon på ATRX-uttrykk. Vi fant at ATRX-mutante svulster hadde lavere ATRX-uttrykk, selv om forskjellen ikke viste statistisk signifikans (fig. 2d). Oppsummert var ATRX-mutasjon signifikant korrelert til MHS-H-subtypen og bedre overlevelse hos GC-pasienter.
ATRX-mutasjon er assosiert med økt tumormutasjonsbyrde og høyere ekspresjon av PDL1
Tumormutasjonsbelastning (TMB) og PDL1-ekspresjon var to vanlige indikatorer for å forutsi respons på immunterapi. Vi beregnet TMB for hver GC-pasient fra henholdsvis TCGA, GACA-CN og GACA-JP. Som vist i fig. 3a ble høyere TMB observert hos ATRX-mutante GC-pasienter fra kohorten av TCGA (median TMB 16,61 vs 2,526, P < 0.0001), GACA-CN (median TMB) 1,974 vs 1,211, P=0.0001) og GACA-JP (median TMB 27,82 vs 2,421, P < 0,0001). Vi sammenlignet deretter uttrykket av PDL1 mellom GC-pasienter med eller uten ATRX-mutasjon i TCGA-kohorten. ATRX-mutante pasienter hadde høyere ekspresjon av PDL1 (median ekspresjon 2,027 vs 1,098, P=0.0244) enn for ville pasienter (fig. 3b).
Gitt de potensielle kjønnsforskjellene i ATRX-mutasjon, utforsker vi videre korrelasjonen av ATRX-mutasjon med TMB- og PDL1-uttrykk stratifisert etter kjønn (Sub1: kvinnelige pasienter med ATRX-mutasjon; Sub2: kvinnelige pasienter uten ATRX-mutasjon; Sub3: mannlige pasienter med ATRX-mutasjon; Sub4: mannlige pasienter uten ATRX-mutasjon). I kohorter av GACA-CN og GACA-JP hadde både kvinnelige og mannlige pasienter med ATRX-mutasjon høyere TMB enn ATRX villtypepasienter (fig. 3c). Imidlertid, i kohorter av TCGA, viste bare kvinnelige pasienter av ATRX-mutanttype høyere TMB enn andre pasienter uten ATRX-mutasjon. Det er ingen signifikant forskjell i TMB mellom mannlige pasienter med eller uten ATRX-mutasjon. I tre kohorter ble det heller ikke observert noen signifikante forskjeller mellom kvinnelige og mannlige pasienter med ATRX-mutasjon. Når vi sammenlignet PDL1-ekspresjonen mellom de fire undergruppene i TCGA-kohorten, fant vi at uttrykket av PDL1 hos ATRX-mutante kvinnelige pasienter var høyere enn hos pasienter uten ATRX-mutasjon (fig. 3d).
Generelt antydet disse resultatene at pasienter med ATRX-mutasjon, spesielt kvinnelige GC-pasienter, var signifikant assosiert med høyere TMB- og PDL1-ekspresjon.
Kvinnelige GC-pasienter med ATRX-mutasjon viser forbedret immunitet mot kreft
Vi tydde til flere påviste immunterapirelaterte faktorer, inkludert cytolytisk aktivitet (CYT) [26], IFN-signalering [6], antigenpresenterende maskineri (APM) [27], og tumorinfiltrerende immunceller [28], for å karakterisere immuniteten mot kreft. Vi har brukt metoden til ssGSEA for å utforske assosiasjonen av ATRX-mutasjon med antikreftimmunitet. Selv om skårene for antikreftimmunitet hos pasienter med ATRX-mutasjon var høyere enn hos pasienter uten ATRX-mutasjon, viste forskjellen ingen statistisk signifikant (fig. 4a).
Ved vurdering av påvirkningen av ATRX-mutasjon på antikreftimmunitet stratifisert etter kjønn, fant vi imidlertid at kvinnelige pasienter med ATRX-mutasjon viste signifikant høyere skåre av de immunterapirelaterte faktorene enn pasienter uten ATRX-mutasjon (fig. 4b). Det var ingen signifikante forskjeller i antikreft-immunitetsskåre mellom ATRX-mutante og ville mannlige pasienter. Videre manifesterte kvinnelige pasienter med ATRX-mutasjon høyere score for immunterapirelaterte indikatorer enn ATRX-mutante mannlige pasienter.
Til slutt brukte vi CIBERSORT-metoden for å undersøke proporsjonene av infiltrerende immunceller blant ATRX mutante kvinnelige pasienter (Sub1), ATRX ville kvinnelige pasienter (Sub2), ATRX mutante mannlige pasienter (Sub3) og ATRX ville mannlige pasienter (Sub4). T-follikulære hjelpeceller, M1-makrofager og aktiverte dendrittiske celler ble betydelig beriket hos kvinnelige pasienter med ATRX-mutasjon, mens andelen hvilende dendrittiske celler var betydelig lavere enn hos andre pasienter (fig. 4c). T-follikulære hjelpeceller, M1-makrofager og aktiverte dendrittiske celler er assosiert med antigenpresentasjonsmaskineri, som var i samsvar med økt APM hos kvinnelige pasienter med ATRX-mutasjon.
Avslutningsvis viste kvinnelige GC-pasienter med ATRX-mutasjon sterkere antikreftimmunitet enn ATRX-ville pasienter eller mutante mannlige pasienter. Anrikningen av T-follikulære hjelpeceller, M1-makrofager og aktiverte dendrittiske celler i ATRX mutante kvinnelige pasienter støttet også resultatet ovenfor.
Effekten av ATRX-mutasjon på antikreftimmunitet hos kvinnelige pasienter påvirkes ikke av kjønnsbasert immunheterogenitet
For å undersøke om effekten av ATRX-mutasjon på antikreftimmunitet hos kvinnelige pasienter skyldtes den kjønnsbaserte immunheterogeniteten, sammenlignet vi videre de ovennevnte antikreftimmunitetsfaktorene mellom mannlige og kvinnelige pasienter. Bare TMB viste kjønnsforskjellene, og de kvinnelige pasientene hadde høyere TMB enn mannlige pasienter (tilleggsfil 5). Forskjellene i TMB mellom kvinner og menn forsvant imidlertid når vi ekskluderte kvinnelige prøvene med ATRX-mutasjon (tilleggsfil 5). Disse resultatene avslørte at den forbedrede antikreftimmuniteten hos ATRX mutante kvinnelige pasienter ikke ble påvirket av kjønnsbasert immun heterogenitet.
Uavhengig prognostisk analyse av ATRX-mutasjon
Vi utførte først Kaplan-Meier-analysen for å bestemme de prognostiske verdiene til de ovennevnte immunterapirelaterte faktorene. TMB- og PDL1-uttrykket ble delt inn i høye og lave grupper basert på X-tile-verktøyet. Som vist i fig. 5, utøvde TMB- og PDL1-ekspresjonen en innflytelse på pasientenes overlevelse. Den høye gruppen av TMB og PDL1 antydet et bedre resultat. Vi inkluderte deretter TMB- og PDL1-ekspresjon i den påfølgende analysen for å undersøke den uavhengige prognostiske verdien av ATRX-mutasjon. Univariate og multivariate Cox-regresjonsanalyser illustrerte at ATRX-mutasjon var den uavhengige prognostiske faktoren (tabell 2).
Påvirkning av ATRX-mutasjon på reparasjon av DNA-skader
Vi utførte GSEA for å analysere den funksjonelle konteksten til ATRX-mutasjon. KEGG-baneanalyse viste at ATRX-mutasjon hovedsakelig var beriket i baseeksisjonsreparasjon (BER), nukleotideksisjonsreparasjon (NER) og homolog rekombinasjonsreparasjon (HRR) (fig. 6a). Den biologiske funksjonen til ATRX-mutasjon var signifikant involvert i DNA-skadereparasjon (DDR). Vi brukte deretter ssGSEA for å karakterisere veien til BER, NER og HRR mellom ATRX-mutante og ville pasienter. Som illustrert i fig. 6b, BER (median poengsum 0.8734 vs 0.7909, P=0.{{10}} 002), NER (median score 0,4333 vs 0,3605, P = 0.044) og HRR (median score 0.7618 vs 0.6898, P = 0.0098) ble betydelig beriket i ATRX mutant pasienter. Videre fortsatte vi å utforske effekten av ATRX-mutasjon på BER-, NER- og HRR-veier stratifisert etter kjønn. Bare kvinnelige pasienter med ATRX-mutasjon viste høyere skårer for BER, NER og HRR enn andre pasienter uten ATRX-mutasjon (fig. 6c).
Dessuten valgte vi kjernegenene beriket i disse tre banene for å undersøke uttrykksforskjellene mellom ATRX-mutante og ville pasienter. Interessant nok uttrykte de fleste kjernegener høyt i ATRX-mutant-type pasienter sammenlignet med villtype-pasienter (fig. 6d). Etter kjønnsstratifisering var ekspresjonsnivåene til disse DDR-relaterte kjernegenene også høyere i undergrupper av kvinnelige og mannlige pasienter med ATRX-mutasjon enn andre to villtype-undergrupper (tilleggsfil 6).
Til sammen antydet disse resultatene den muligens forbedrede aktiveringen av DDR-veier hos ATRX-mutante pasienter. Jo høyere TMB og aktivering av DDR-systemet kan indikere sannsynligheten for voldsom mutagenese og tilsvarende kompenserende DDR-aktivering hos ATRX-mutante pasienter.
ATRX-mutasjon er assosiert med gunstige kliniske fordeler for ICI
For å undersøke om pasienter med ATRX-mutasjon kunne ha nytte av ICI, innhentet vi de offentlig tilgjengelige genomiske og overlevelsesdataene til den MSKCC ICI-behandlede kohorten fra cbioportal-databasen [15]. Den MSKC C ICI-behandlede kohorten inneholder 1610 pasienter av ulike krefttyper med mutasjonsdata inkludert 54 magekreftpasienter. Mutasjonsfrekvensen av ATRX hos pasienter med mage- eller gastroøsofageal kreft er 7,41 prosent (4/54). Vi observerte at pasienter med ATRX-mutasjon hadde høyere TMB enn ATRX villtypepasienter (fig. 7a). Hos pasienter med magekreft, hadde ATRX-mutasjonspasienter en trend mot en lengre total overlevelse (median, ikke nådd vs. 13 måneder, log-rang P=0.194) (fig. 7b).
På samme måte var den totale overlevelsen til pasienter med ATRX-mutasjon i hele kohorten også overlegen den for ATRX-ville pasienter (median, 30 måneder vs. 18 måneder, log-rang P=0.075) ( Fig. 7b). Vi delte deretter hele kohorten i to grupper (kvinnelig og mannlig) og sammenlignet den totale overlevelsen mellom ATRX-mutasjonsstatus. Interessant nok oppnådde bare kvinnelige pasienter med ATRX-mutasjon signifikant forlenget total overlevelse sammenlignet med kvinnelige villtypepasienter (median, 30 måneder mot 14 måneder, log-rang P=0.023) (fig. 7c). Videre sammenlignet vi prediksjonskraften til ATRX-mutasjon hos mannlige og kvinnelige pasienter. HR av ATRX mutant type vs villtype for kvinnelige pasienter (HR=0.636, 95 prosent CI=0.455–0.890, P=0.023) er bedre enn HR for mannlige pasienter (HR=0.929, 95 prosent CI = 0.596–1.362, P=0.7117) (fig. 7c).
Samlet antydet disse dataene at ATRX-mutasjon, spesielt hos kvinnelige pasienter, var assosiert med gunstige kliniske fordeler for ICI-behandling.
Diskusjon
I denne studien, gjennom å sammenligne somatiske mutasjonsprofiler avledet fra mannlige og kvinnelige GC-pasienter, identifiserte vi for første gang at ATRX-mutasjonen fortrinnsvis skjedde hos kvinnelige GC-pasienter og var assosiert med høyere TMB, økt antikreftimmunitet og gunstig klinisk fordel for ICI .
ATRX er et tumorsuppressorgen og koder for et medlem av SWI/SNF-familien av proteiner. ATRX ble vist å være assosiert med reparasjon av DNA-skader [29], opprettholdelse av genetisk stabilitet [30], tilrettelegging for passende DNA-replikasjon [31], og påvirke ekspresjonen av spesifikke gener [32]. ATRX-mutasjon utgjør de vanlige genetiske abnormitetene i gliomer.
I IDH-villtype gliomer tjente tilstedeværelsen av ATRX-mutasjoner som en gunstig markør for lengre pasientoverlevelse [33]. Tapet av ATRX svekket den ikke-homologe endesammenføyningsaktiviteten og økte MSI i glioblastom, noe som ga høyere følsomhet for DNA-skadelige midler [34]. Han et al. rapporterte at ATRX kunne regulere DNA-skadereparasjon ved å modulere ATM-banen og øke følsomheten for temozolomid i gliom [35]. I vår studie ble høyere TMB og aktivering av DNA-skadereparasjonsveier observert hos kvinnelige pasienter med ATRX-mutasjon. TMB er et resultat av konfrontasjonen mellom mutasjon og DNA-reparasjon. Disse resultatene antydet at funksjonen til kompenserende DNA-skadereparasjon kan være svakere enn sterkere mutagenese med ATRX-mutasjon. Vi har spekulert i at ATRX-mutasjonen hos kvinnelige GC-pasienter kan påvirke den relaterte DNA-skadereparasjonen, noe som står for høyere TMB og tilsvarende forbedret antikreftimmunitet. Ikke desto mindre krever den nøyaktige mekanismen til ATRX-mutasjon for å regulere antikreftimmunitet hos kvinnelige GC-pasienter ytterligere forskning.
Eksisterende forskere har rapportert sexskjevhetene til ATRX. Young et al. har oppdaget at hunnmus som mangler ATRX i bukspyttkjertelen utelukkende viste økt følsomhet for skade og den onkogene virkningen av mutert KRAS, mens hannmus uten ATRX ble beskyttet [36]. Tilsvarende fant vi også at kvinnelige pasienter med ATRX-mutasjon viste forbedret immunogenisitet, spesielt sterkere antikreftimmunitet enn ATRX-mutante mannlige pasienter, noe som delvis kan skyldes økt følsomhet for DNA-skade hos ATRX-mutante kvinnelige pasienter. Dunford et al. har rapportert at en brøkdel av tumorsuppressorgener (inkludert ATRX) i chrX kan unnslippe inaktivering under embryogenese, noe som fører til biallelisk ekspresjon av disse genene og forbedret kreftbeskyttelse hos kvinner [37]. Denne forskningen kan forklare resultatet at ingen signifikant reduksjon av ATRX-ekspresjon hos kvinnelige GC-pasienter med ATRX-mutasjon, selv om trunkerende og skadelige missense-mutasjoner var dominerende hos ATRX-mutante kvinnelige pasienter.
I tillegg til kjønnsforskjellene i immunogenisitet mellom mannlige og kvinnelige pasienter, eksisterte det også kjønnsforskjeller i ytelsen til ATRX-mutasjon i ICI-prediksjon. Selv om lengre total overlevelse ble observert hos pasienter med ATRX-mutasjon behandlet med ICI, var prediksjonskraften til ATRX-mutasjon bedre for kvinnelige enn mannlige pasienter. Kvinnelige pasienter med ATRX-mutasjon oppnådde betydelig større overlevelsesfordeler fra ICI-behandling. Wang et al. har også rapportert et lignende resultat at TMB viste bedre prediktiv kraft i ICI-respons for kvinnelige NSCLC-pasienter enn mannlige pasienter [38]. Fremtidig utvikling og anvendelse av ICI-biomarkører bør ta hensyn til kjønnsforskjeller.
Det er flere begrensninger for denne studien. For det første er den generelle mutasjonsfrekvensen til ATRX hos GC-pasienter relativt lav, spesielt for mannlige GC-pasienter. Dessuten fikk vi bare transkriptomdataene fra en enkelt kohort. Disse begrensningene kan påvirke styrken av sammenligningen av antikreftimmunitet mellom kvinnelige og mannlige pasienter. For det andre varierer ATRX-mutasjonsfrekvensen i forskjellige populasjoner.
I vår studie var ATRX-mutasjonsfrekvensen i tre GC-kohorter forskjellig (31,7 prosent i GACA-CN-kohorten, 6,3 prosent i GACA-JP-kohorten og 5,3 prosent i TCGA-kohorten). Videre var andelen kvinnelige pasienter med ATRX-mutasjon i GACA-CN (40,5 prosent ) mye høyere enn de to andre kohortene (12,3 prosent i TCGA-kohorten og 11,0 prosent i GACA-JP-kohorten) . Forskjellen i ATRX-mutasjonsfrekvens i forskjellige populasjoner kan på en eller annen måte begrense bruken av ATRX-mutasjon som en gunstig prognosebiomarkør. For det tredje viste vår analyse bare assosiasjonen av ATRX-mutasjon med TMB, antikreftimmunitet og effekten av ICI-terapi. Den potensielle mekanismen for ATRX-mutasjon i ICI-behandling, spesielt for mannlige pasienter, trenger fortsatt utforskning. Til slutt ville det være bedre å sammenligne overlevelsesfordelene fra ATRX-mutasjon mellom kvinnelige og mannlige GC-pasienter etter ICIs-behandling, som direkte kan validere kjønnsforskjellene til ATRX-mutasjoner i immunterapirelatert antikreftimmunitet. Imidlertid klarte vi ikke å gjøre sammenligningen på grunn av den begrensede prøvestørrelsen til ATRX-mutante GC-pasienter i den MSKCC ICI-behandlede kohorten.
Derfor prøvde vi å foreløpig undersøke om det kan være kjønnsforskjeller i overlevelsesfordeler fra ATRX-mutasjon ved å sammenligne forskjellene i prognoseutfall fra ATRX-mutasjon mellom kvinnelige og mannlige pasienter på tvers av ulike krefttyper i hele kohorten. Selv om større overlevelsesfordeler fra ICI-behandling ble observert hos kvinnelige pasienter med ATRX-mutasjon på tvers av ulike krefttyper, kan disse dataene overdrive konklusjonen som er trukket for GC-pasienter. Flere ICI-behandlede kohorter som inneholder større prøvestørrelser av ATRX-mutante GC-pasienter er nødvendig for å validere kjønnsforskjellene i overlevelsesfordeler her.
Konklusjoner
Oppsummert fant vår studie at ATRX fortrinnsvis muterende hos kvinnelige GC-pasienter var assosiert med forbedret immunogenisitet, økt antikreftimmunitet og gunstig klinisk fordel for ICI. Kjønnsforskjellene i mutasjonsfrekvens, antikreftimmunitet og kliniske fordeler antydet at ATRX-mutasjon kan være mer passende som en potensiell prediktor for gunstig klinisk fordel for ICI hos kvinnelige GC-pasienter. ATRX-mutasjon kan kombineres med andre biomarkører for ICI-respons for å bedre identifisere kvinnelige GC-pasienter som vil ha større fordeler av immunterapi. Det kreves imidlertid ytterligere klinisk forskning for å validere resultatene våre og vurdere verdien av ATRX-mutasjon hos mannlige pasienter.
Forkortelser
GC: Magekreft; ICI: Immunkontrollpunkthemmere; TCGA: Kreftgenomatlaset; ICGC: International Cancer Genome Consortium; FDR: Rate for falsk oppdagelse; TMB: Tumormutasjonsbyrde; CYT: Cytolytisk aktivitet; APM: Antigenpresenterende maskineri; GSEA: Anrikningsanalyse av gensett; ssGSEA: Enkeltprøve gensett anrikningsanalyse; MSI: Mikrosatellitt-ustabilitet; BER: Reparasjon av grunneksisjon; NER: Nukleotideksisjonsreparasjon; HRR: Homolog rekombinasjonsreparasjon; DDR: Reparasjon av DNA-skader.
Anerkjennelser
Vi takker TCGA- og ICGC-prosjekter for å gjøre genomikkdataene tilgjengelige for analyse. Vi takker også forfatterne som ga tilgjengelige genomiske data og overlevelsesdata for den ICI-behandlede kohorten i cbioportal-depotet.
Forfatteres bidrag
Studiekonsept og design: YG og PMW. Datasettsamling: YG, GPD, XSL, GQF og JJC. Dataanalyse og tolkning: YG, FRW og WL. Skriving, gjennomgang og revisjon av manuskriptet: YG, FRW og PMW. Studieveiledning: PMW. Alle forfattere leste og godkjente det endelige manuskriptet.
Finansiering
Dette arbeidet ble støttet av humaniora og samfunnsvitenskap fra Ministry of Education Planning Fund of China (NR. 16YJA840014).
Erklæringer
Etikkgodkjenning og samtykke til å delta
Denne studien var basert på offentlig tilgjengelige data fra TCGA, UCSC Xena og cbioportal repository, ingen tillatelse var nødvendig for å utføre denne studien. Denne studien involverte ikke menneskelige prøver eller bruk av personlig identifiserbar informasjon. Alle dataene som ble brukt i denne studien ble avidentifisert og offentlig tilgjengelig, ingen etisk godkjenning var nødvendig.
Samtykke til publisering
Ikke aktuelt.
Konkurrerende interesser
Forfatterne erklærer ingen interessekonflikt.
Forfatterdetaljer
1 Institutt for epidemiologi og helsestatistikk, School of Public Health, Southeast University, 87 Dingjiaqiao Road, Nanjing 210009, Jiangsu, Kina. 2 Avdeling for hematologi og onkologi, Zhongda Hospital, School of Medicine, Southeast University, Nanjing, Kina. 3 Southeast University Hospital, Nanjing, Kina. 4 Department of Lung Transplant Center, Det tilknyttede Wuxi People's Hospital ved Nanjing Medical University, Wuxi, Jiangsu, Kina.
Mottatt:
26. oktober 2020 Godtatt: 25. februar 2021.
Referanser
1. Zheng RS, Sun KX, Zhang SW, Zeng HM, Zou XN, Chen R, et al. Rapport om kreftepidemiologi i Kina, 2015. Zhonghua Zhong Liu Za Zhi. 2019; 41(1):19–28.
2. Robert C, Schachter J, Long GV, Arance A, Grob JJ, Mortier L, et al. Pembrolizumab versus Ipilimumab ved avansert melanom. N Engl J Med. 2015;372(26):2521–32.
3. Garon EB, Rizvi NA, Hui R, Leighl N, Balmanoukian AS, Eder JP, et al. Pembrolizumab for behandling av ikke-småcellet lungekreft. N Engl J Med. 2015;372(21):2018–28.
4. Motzer RJ, Escudier B, McDermott DF, George S, Hammers HJ, Srinivas S, et al. Nivolumab versus Everolimus ved avansert nyrecellekarsinom. N Engl J Med. 2015;373(19):1803–13.
5. Ferris RL, Blumenschein G Jr, Fayette J, Guigay J, Colevas AD, Licitra L, et al. Nivolumab for tilbakevendende plateepitelkarsinom i hode og nakke. N Engl J Med. 2016;375(19):1856–67.
6. Muro K, Chung HC, Shankaran V, Geva R, Catenacci D, Gupta S, et al. Pembrolizumab for pasienter med PD-L1-positiv avansert gastrisk kreft (KEYNOTE-012): en multisenter, åpen fase 1b-studie. Lancet Oncol. 2016; 17(6):717–26.
7. Dong ZY, Zhong WZ, Zhang XC, Su J, Xie Z, Liu SY, et al. Potensiell prediktiv verdi av TP53- og KRAS-mutasjonsstatus for respons på PD-1-blokkadeimmunterapi ved lungeadenokarsinom. Clin Cancer Res. 2017; 23(12):3012–24.
8. Wu HX, Chen YX, Wang ZX, Zhao Q, He MM, Wang YN, et al. Endring i TET1 som en potensiell biomarkør for immunkontrollpunktblokkade i flere kreftformer. J Immunother Cancer. 2019;7(1):264.
9. Zhang K, Hong X, Song Z, Xu Y. Identifikasjon av skadelig NOTCH-mutasjon som en ny prediktor for effektiv immunterapi ved NSCLC. Clin Cancer Res. 2020;26(14):3649–61.
10. Li CH, Haider S, Shiah YJ, Thai K, Boutros PC. Kjønnsforskjeller i kreftdrivergener og biomarkører. Cancer Res. 2018;78(19):5527–37.
11. Wu Y, Ju Q, Jia K, Yu J, Shi H, Wu H, et al. Korrelasjon mellom kjønn og effekt av immunkontrollpunkthemmere (PD-1- og CTLA-4-hemmere). Int J Kreft. 2018;143(1):45–51.
12. Conforti F, Pala L, Bagnardi V, De Pas T, Martinetti M, Viale G, et al. Kreftimmunterapieffektivitet og pasienters kjønn: en systematisk gjennomgang og metaanalyse. Lancet Oncol. 2018;19(6):737–46.
13. Conforti F, Pala L, Bagnardi V, Viale G, De Pas T, Pagan E, et al. Kjønnsbasert heterogenitet som svar på lungekreftimmunterapi: en systematisk gjennomgang og metaanalyse. J Natl Cancer Inst. 2019;111(8):772–81.
14. Liu Y, Sethi NS, Hinoue T, Schneider BG, Cherniack AD, Sanchez-Vega F, et al. Sammenlignende molekylær analyse av gastrointestinale adenokarsinomer. Kreftcelle. 2018;33(4):721–735.e728.
15. Samstein RM, Lee CH, Shoushtari AN. Tumormutasjonsbelastning forutsier overlevelse etter immunterapi på tvers av flere krefttyper. Nat Genet. 2019; 51(2):202–6.
16. Mayakonda A, Lin DC, Assenov Y, Plass C, Koeffler HP. Maftools: effektiv og omfattende analyse av somatiske varianter i kreft. Genome Res. 2018; 28(11):1747–56.
17. Adzhubei IA, Schmidt S, Peshkin L, Ramensky VE, Gerasimova A, Bork P, et al. En metode og server for å forutsi skadelige missense-mutasjoner. Nat-metoder. 2010;7(4):248–9.
18. Chalmers ZR, Connelly CF, Fabrizio D, Gay L, Ali SM, Ennis R, et al. Analyse av 100,000 humane kreftgenomer avslører landskapet med tumormutasjonsbyrde. Genome Med. 2017;9(1):34.
19. Narayanan S, Kawaguchi T, Yan L, Peng X, Qi Q, Takabe K. Score for cytolytisk aktivitet for å vurdere immunitet mot kreft ved tykktarmskreft. Ann Surg Oncol. 2018;25(8):2323–31.
20. Newman AM, Liu CL, Green MR. Robust opptelling av celleundergrupper fra vevsekspresjonsprofiler. Nat-metoder. 2015;12(5):453–7.
21. Barbie DA, Tamayo P, Boehm JS, Kim SY, Moody SE, Dunn IF, et al. Systematisk RNA-interferens avslører at onkogene KRAS-drevne kreftformer krever TBK1. Natur. 2009;462(7269):108–12.
22. Şenbabaoğlu Y, Gejman RS, Winer AG, Liu M, Van Allen EM, de Velasco G, et al. Karakterisering av tumorimmunmikromiljø i klarcellet nyrecellekarsinom identifiserer prognostiske og immunterapeutiske allierte-relevante messenger-RNA-signaturer. Genom Biol. 2016;17(1):231.
23. Mandal R, Şenbabaoğlu Y, Desrichard A, Havel JJ, Dalin MG, Riaz N, et al. Hode- og nakkekreftimmunlandskapet og dets immunterapeutiske implikasjoner. JCI Insight. 2016;1(17):e89829.
24. Fuchs CS, Doi T, Jang RW, Muro K, Satoh T, Machado M, et al. Sikkerhet og effekt av Pembrolizumab Monoterapi hos pasienter med tidligere behandlet avansert gastrisk og gastroøsofageal junction cancer: fase 2 klinisk KEYNOTE-059 studie. JAMA Oncol. 2018;4(5):e180013.
25. Hänzelmann S, Castelo R, Guinney J. GSVA: gensettvariasjonsanalyse for mikroarray og RNA-sekvensdata. BMC Bioinform. 2013;14:7.
26. Rooney MS, Shukla SA, Wu CJ, Getz G, Hacohen N. Molekylær og genetiske egenskaper av svulster assosiert med lokal immuncytolytisk aktivitet. Celle. 2015;160(1–2):48–61.
27. Zaretsky JM, Garcia-Diaz A, Shin DS, Escuin-Ordinas H, Hugo W, HuLieskovan S, et al. Mutasjoner assosiert med ervervet resistens mot PD-1-blokade ved melanom. N Engl J Med. 2016;375(9):819–29.
28. Li B, Severson E, Pignon JC, Zhao H, Li T, Novak J, et al. Omfattende analyser av tumorimmunitet: implikasjoner for kreftimmunterapi. Genom Biol. 2016;17(1):174.
29. Juhász S, Elbakry A, Mathes A, Löbrich M. ATRX fremmer DNA-reparasjonssyntese og søsterkromatidutveksling under homolog rekombinasjon. Mol Cell. 2018;71(1):11–24.e17.
30. Lovejoy CA, Li W, Reisenweber S, Thongthip S, Bruno J, de Lange T, et al. Tap av ATRX, genom-ustabilitet og en endret DNA-skaderespons er kjennetegn på den alternative forlengelsen av telomerbanen. PLoS Genet. 2012;8(7):e1002772.
31. Clynes D, Jelinska C, Xella B, Ayyub H, Taylor S, Mitson M, et al. ATRX-dysfunksjon induserer replikasjonsdefekter i primære museceller. PLoS One. 2014;9(3):e92915. 32. Levy MA, Kernohan KD, Jiang Y, Bérubé NG. ATRX fremmer genuttrykk ved å lette transkripsjonell forlengelse gjennom guaninrike kodende regioner. Hum Mol Genet. 2015;24(7):1824–35.
33. Pekmezci M, Rice T, Molinaro AM, Walsh KM, Decker PA, Hansen H, et al. Vokseninfiltrerende gliomer med WHO 2016 integrert diagnose: ytterligere prognostiske roller til ATRX og TERT. Acta Neuropathol. 2017;133(6):1001–16.
34. Koschmann C, Calinescu AA, Nunez FJ, Mackay A, Fazal-Salom J, Thomas D, et al. ATRX-tap fremmer tumorvekst og svekker ikke-homolog DNA-reparasjon ved gliom. Sci Transl Med. 2016;8(328):328ra328.
35. Han B, Cai J, Gao W, Meng X, Gao F, Wu P, et al. Tap av ATRX undertrykker ATM-avhengig DNA-skadereparasjon ved å modulere H3K9me3 for å øke temozolomidfølsomheten i gliom. Kreft Lett. 2018;419:280–90.
36. Young CC, Baker RM, Howlett CJ, Hryciw T, Herman JE, Higgs D, et al. Tapet av ATRX øker følsomheten for bukspyttkjertelskade og onkogen KRAS hos hunnmus, men ikke hannmus. Cell Mol Gastroenterol Hepatol. 2019; 7(1):93–113.
37. Dunford A, Weinstock DM, Savova V, Schumacher SE, Cleary JP, Yoda A, et al. Tumor-suppressorgener som unnslipper fra X-inaktivering bidrar til kreftseksuelle skjevheter. Nat Genet. 2017;49(1):10–6.
38. Wang S, Zhang J, He Z, Wu K, Liu XS. Den prediktive kraften til tumormutasjonsbelastning i lungekreftimmunterapirespons påvirkes av pasientenes kjønn. Int J Kreft. 2019;145(10):2840–9.
Utgivers notat
Springer Nature forblir nøytral om jurisdiksjonskrav i publiserte kart og institusjonelle tilknytninger.
You Ge1 , Feiran Wei2 , Guoping Du3 , Gaoqiang Fei1 , Wei Li1 , Xiaoshan Li4 , Jinjin Chu1 og Pingmin Wei1*.
For more information:1950477648nn@gmail.com
