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Front Immunol | 赵强团队发现神经节苷脂风险特征可预测神经母细胞瘤预后和免疫微环境

Tumor公社   |   作者: Tumor公社   |   2023-03-03   |   1 0

神经母细胞瘤(NB)是儿童最常见的颅外实体瘤,死亡率占儿童肿瘤相关死亡的12-15%。不同NB患儿预后差异巨大,探索新的预后标志物对临床治疗有重要意义。虽然免疫治疗显著改善了高危NB预后,然而低免疫浸润仍可导致部分患儿治疗反应不佳,准确预测神经母细胞瘤免疫微环境将对免疫治疗疗效预测也有重要价值。

神经节苷脂是一种普遍存在于细胞表面的鞘糖脂,是细胞膜上微结构域脂筏的重要组成成分,与细胞粘附及信号转导密切相关。神经节苷脂参与多种肿瘤的发生和进展,参与调控肿瘤微环境,其中GD2更是成为NB最重要的免疫治疗靶点之一。基于神经节苷脂去预测神经母细胞瘤预后及免疫微环境,进而为临床管理提供预后和治疗参考将是一个非常重要的方向。

近日,由天津市肿瘤医院 赵强 团队发表于 Frontiers in Immunology 题为 A novel ganglioside-related risk signature can reveal the distinct immune landscape of neuroblastoma and predict the immunotherapeutic response 的文章,基于神经节苷脂相关基因,将神经母细胞瘤患儿分为两个预后截然不同的神经节苷脂亚组,并构建和验证了神经节苷脂相关风险特征(risk signature)以预测预后和免疫治疗疗效。在该风险特征中,抗原处理和呈递机制缺陷、免疫细胞低浸润和NK细胞逃逸与高分组免疫抑制相关

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在这项研究中,作者首先从MSigDB数据库中提取出34个神经节苷脂相关基因,其中17个基因在INSS 4期和其他分期的患儿中差异表达。研究者随后基于这些差异基因对498例神经母细胞瘤患儿进行一致性聚类,将患儿分为两个预后截然不同的神经节苷脂亚组Cluster A和Cluster B。


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神经节苷脂亚组Cluster A和Cluster B的构建

考虑到神经节苷脂亚组显著的预后价值,研究者继续基于这些基因构建可以个体化预后预测的风险特征。经过LASSO-COX回归筛选分析,研究者最终确定了10个模型基因,计算回归系数并构建了神经节苷脂相关的风险特征(risk signature)。

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神经节苷脂相关的风险特征的构建

研究者对这个神经节苷脂相关的风险特征进行了内部验证和外部验证,以评估风险签名的准确度及稳定性。在GSE49710数据集中,随着风险评分的增加,患儿的生存时间也逐渐降低,生存曲线也显示高分组显著预后不良。风险特征预测神经母细胞瘤3年及5年总体生存率 (Overallsurvival,OS) 的曲线下面积 (Area Under Curve, AUC) 分别为0.891和0.902,高于年龄、MYCN状态、COG危险度分层系统和INSS分期。此外,在E-MTAB-8248数据集和TARGET数据集的外部验证中,该风险特征均保持了显著的预后价值和良好的区分度。

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神经节苷脂相关风险特征在GSE49710数据集中进行验证

研究者也继续探索了高分组和低分组背后的生物学功能差异,基因集富集分析结果显示抗原处理和呈递显著富集在低分组,提示着两组间的免疫微环境可能存在差异。研究者遂构建抗原呈递机制评分(APS)来评估肿瘤抗原处理和呈递能力,结果显示高分组APS、MHC Ⅰ类分子活性和CD8+T细胞浸润显著降低。免疫浸润分析也提示高分组中免疫评分显著降低,绝大部分免疫细胞低浸润。

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风险特征中的高分组表现出抗原处理和呈递缺陷和免疫低浸润特征

NK细胞浸润是NB重要的预后因子,在GD2单抗免疫治疗中发挥着不可替代的作用。研究者发现NK细胞在高分组中低浸润,NK细胞细胞毒性也在高分组中被显著抑制。免疫检查点是肿瘤免疫抑制的重要机制,有趣的是PD-L1在低分组中高表达,而B7-H3则在高分组中表达更高,提示两组间可能存在不同的免疫抑制机制。

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NK细胞逃逸与高分组免疫抑制相关

考虑到两组间免疫微环境的显著差异,研究者继续探索了该风险特征在免疫治疗疗效预测中的价值。在抗PD-1免疫治疗的GSE78220队列中,风险评分在治疗应答组中显著低于无应答组,预测免疫治疗反应的AUC为0.728。

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神经节苷脂风险特征可以预测肿瘤免疫治疗疗效

总之,该研究基于生物信息学,构建并探索了神经节苷脂相关风险特征在NB预后预测和免疫微环境中的价值。文章中指出神经节苷脂风险特征可以准确预测预后和免疫治疗疗效,抗原处理和呈递机制缺陷、免疫细胞浸润缺乏以及NK细胞逃逸是高分组重要的免疫逃逸特征。文章指出了神经节苷脂在儿童神经母细胞瘤预后和免疫微环境预测的重要价值,可为临床管理提供重要参考。

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原文摘要(Abstract)

Introduction: Gangliosides play an essential role in cancer development and progression. However, the involvement of gangliosides in the prognosis and tumor microenvironment (TME) of neuroblastoma is not entirely understood.
Methods: Consensus clustering analysis was performed to identify ganglioside-mediated molecular subtypes. LASSO-Cox analysis was conducted to identify independent prognostic genes, and a novel risk signature was constructed. The risk signature was validated internally and externally. We further explored the independent prognosis value, immune landscape, drug susceptibility, and tumor dedifferentiation of the risk signature. The role of the signature gene B3GALT4 in neuroblastoma was explored in vitro.
Results: Seventeen ganglioside-related genes were differentially expressed between INSS stage 4 and other stages, and two ganglioside-related clusters with distinct prognoses were identified. A novel risk signature integrating ten ganglioside-related prognostic genes was established. Across the train set and external validation sets, the risk signature presented high predictive accuracy and discrimination. The risk signature was an independent prognostic factor and constructed a nomogram combining multiple clinical characteristics. In the high-score group, the deficiency in antigen processing and presenting machinery, lack of immune cell infiltration, and escaping NK cells contributed substantially to immune escape. The low-score group was more responsive to immune checkpoint blockade therapy, while the high-score group showed substantial sensitivity to multiple chemotherapeutic drugs. Besides, the risk score was significantly positively correlated with the stemness index and reduced considerably in all-trans retinoic acid-treated neuroblastoma cell lines, indicating high dedifferentiation in the high-score group. Additionally, neuroblastoma cells with downregulation of B3GALT4 present with increased proliferation, invasion, and metastasis abilities in vitro.
Conclusion: The novel ganglioside-related risk signature highlights the role of ganglioside in neuroblastoma prognosis and immune landscape and helps optimize chemotherapy and immunotherapy for neuroblastoma.
Keywords: dedifferentiation; gangliosides; immune landscape; neuroblastoma; prognosis.



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