衣衣 生信人
大家好！單基因生信研究從最開始作為研究熱點至今，仍能被不斷更新思路發出好文章，其精髓在於生信數據的完美挖掘。今天給大家分享下2021年7月份發表在Frontiers in Immunology（IF=7.56）上的一篇文章。
A Pan-Cancer Analysis of CD161, a Potential New Immune Checkpoint
一種潛在的新型免疫檢查點CD161在泛癌中的分析
背景介紹
基因突變的累積導致不同新生抗原在癌細胞表面表達，這是腫瘤的一個重要特徵。然而，癌細胞也獲得了複雜的方式來逃避免疫系統的攻擊，這些方法是癌症免疫治療成功的主要障礙。到目前為止，許多免疫逃逸機制已經被確定，包括內源性「免疫檢查點」的表達，它通常緩解抗原激活後免疫反應。這些現象促進免疫檢查點抑制劑作為抗癌藥物的發展，包括PD1、CTLA4和LAG3的抗體。
CD161在NK、CD4+T和CD8+T細胞上表達。最近一項TILs的單細胞RNA測序研究發現，CD161在肝癌和腦膠質瘤中作為一種潛在的抑制性受體。C型凝集素結構域家族2成員D-CD161的配體，表達在惡性腫瘤細胞的細胞膜上，並形成一個免疫治療的配體-受體通路。之前的研究已經證明CD161在肺癌中的表達與良好的臨床結果相關。另一項研究證明CD8+PD-1+CD161+ T細胞亞群在肝癌中具有很強的細胞毒性作用和增殖能力。此外，在TNBC中阻斷其相互作用可顯著增強NK細胞介導的裂解。這些結果表明CD161在腫瘤免疫調節中發揮重要作用。然而，目前尚無報導過CD161較為全面的泛癌方面的研究。
在本研究中，我們評估了CD161的表達及其與癌症患者預後的關係。我們進一步研究了CD161與免疫細胞浸潤評分、免疫檢查點、免疫激活基因、免疫抑制基因、趨化因子和趨化因子受體之間的關係。我們的研究結果為CD161在泛癌中的功能作用提供了新的見解，突出了CD161影響腫瘤微環境和癌症免疫治療的潛在機制。
材料和方法
1.數據收集：TCGA和GTEx的RNA表達和臨床數據從UCSC的Xena資料庫獲得。DNA拷貝數和甲基化數據來自cBioPortal資料庫。
2.蛋白表達分析：利用HPA資料庫，研究人類腫瘤和正常組織中CD161的蛋白水平。利用String構建CD161的PPI。GeneCards觀察CD161的亞細胞位置。
3.預後分析：對TCGA患者的總生存期進行Kaplan-Meier分析。通過單因素Cox回歸分析，評估CD161在預測泛癌OS、DSS、DFI和PFI的意義。
4.基因集富集分析：使用TCGA數據進行CD161與所有基因的相關性分析。選擇與CD161相關的基因(p<0.05)進行GSEA。
5.免疫細胞浸潤分析：從ImmuCellAI、TIMER2和先前發表的研究對免疫細胞浸潤評分。對於每一種TCGA腫瘤類型，將患者分為兩組(CD161high和CD161low)，比較免疫細胞浸潤程度。
結果
1.CD161在泛癌中的表達
我們首先評估了CD161在TCGA泛癌中的表達。結果顯示，在ACC、CESC、ESCA、GBM、KIRC、KIRP、LAML、LGG、OV、PAAD、READ、SKCM、STAD和TGCT等14類腫瘤中均有CD161的高表達。而在BLCA、HNSC、LUAD和LUSC四種腫瘤中低CD161表達(圖1A)。此外，在TCGA腫瘤組織中，CD161在THYM、KIRC和LUAD中表達最高(圖1B)。對於GTEx中的人類正常組織，CD161在脾臟、小腸和肺中的表達最高(圖1C)。
我們進一步評估了CD161在不同WHO癌症分期中的表達，發現在大多數腫瘤高分期中，包括BRCA、HNSC、KIRP、LIHC、LUAD、LUSC、READ、SKCM和THCA(圖2A-I)，CD161的表達水平較低。相反在STAD中，高分期的CD161表達增高(圖2J)。
分析TCGA泛癌中配對的腫瘤和正常組織時發現，CD161在BRCA、COAD、HNSC、LIHC、LUAD、LUSC、THCA、UCEC和BLCA中低表達(圖3A-I)，而在KIRC和PCPG中高表達(圖3J、K)。
圖1 CD161在泛癌中的表達
圖2 泛癌中CD161在不同WHO分期中的表達
圖3 泛癌配對樣本中CD161的表達
2.CD161的預後意義
我們進一步評估了CD161在癌症患者中的預後意義。Kaplan-Meier總生存期分析結果顯示，CD161是ACC、BRCA、CESC、CHOL、HNSC、LIHC、MESO、PRAD、PCPG、SARC、SKCM和THCA患者的保護因子(圖4A-K)，也是UVM和LGG患者的危險因子(圖4L、M)。單變量Cox回歸分析顯示，CD161作為ACC、BRCA、CESC、CHOL、HNSC、LIHC、LUAD、MESO、OV、SARC、SKCM、THCA和UCEC患者的保護因子，而作為ESCA、LGG、UVM的危險因子(圖5A)。DSS分析顯示，CD161對ACC、BRCA、CESC、CHOL、HNSC、LIHC、LUAD、READ、SARC、SKCM和THCA患者是一種保護因子，對ESCA、LGG和UVM患者是一種危險因子(圖5B)。DFI分析顯示，CD161對BLCA、BRCA、CESC、CHOL、COAD、LGG、LIHC和UCEC患者具有保護作用(圖5C)。最後，PFI分析顯示，CD161作為ACC、CESC、CHOL、HNSC、LIHC、LUAD、MESO、SKCM和UCEC患者的保護因子，也是GBM患者的危險因子(圖5D)。
圖4 CD161生存期分析
圖5 CD161單因素Cox回歸分析
3.CD161富集分析
我們用GSEA的方法評估了CD161在33種TCGA腫瘤中可能涉及到的通路。結果表明，CD161與免疫相關通路顯著相關，尤其是淋巴細胞和非淋巴細胞通路之間的免疫調節相互作用，如在BRCA、HNSC、LIHC、MESO、PCPG和SKCM中(圖6A-F)。這些結果表明，CD161與調節腫瘤免疫微環境以及淋巴細胞和惡性腫瘤細胞之間配體-受體相互作用密切相關。
圖6 泛癌組織中CD161的GSEA
4.免疫細胞浸潤分析
為了探索CD161的表達與免疫細胞浸潤之間的關係，我們利用三種不同來源的免疫細胞浸潤數據進行了相關性分析。TIMER2資料庫結果顯示，CD161與TCGA泛癌中CD8+T細胞、CD4+T細胞和Treg浸潤水平呈正相關，與naïve CD4+T細胞浸潤水平呈負相關(圖7A-C)。採用「CIBERSOFT」方法顯示CD161與Treg、CD8+T、M1樣巨噬細胞浸潤水平呈正相關，與M2樣巨噬細胞和naïve CD4+T細胞呈負相關(圖7D)。利用ImmuCellAI資料庫進行相關性分析發現，CD161與CD8+T細胞、CD4+T細胞、NK和Treg細胞的浸潤水平呈正相關，與naive CD4+T細胞和naïve CD8+T細胞的浸潤水平呈負相關(圖7E)。三個資料庫分析的數據是一致的。這些結果表明，CD161可能有助於增加T細胞浸潤，這也解釋了它在大多數腫瘤類型中的保護作用。此外，我們發現：Treg發揮抑制作用，幫助惡性腫瘤細胞逃避細胞毒性CD8+T細胞的攻擊。同時Treg浸潤水平也與CD161呈正相關，提示細胞毒性CD8+T細胞數量雖多，但其功能可能受限。值得注意的是，CD161表達既與M1樣巨噬細胞呈正相關，也與M2樣巨噬細胞呈負相關，提示CD161可能直接或間接影響巨噬細胞的極化。
圖7 免疫細胞浸潤分析
5.T細胞耗竭分析
腫瘤患者通常擁有大量的T細胞，但大多數都已耗竭。我們確定了CD161與耗竭T細胞標記基因、免疫激活基因、免疫抑制基因、趨化因子和趨化因子受體之間的關係。結果顯示，CD161與耗竭T細胞標記基因、免疫激活基因、免疫抑制基因如TIGIT、PDCD1、LAG3、CTLA4、STING1、CD96和IDO1呈正相關(圖8A、B)。此外，CD161的表達與趨化因子和趨化因子受體如CCL4和CCL5及其受體CCR4和CCR5呈正相關(圖8C、D)。
圖8 CD161與免疫調節相關基因的相關性
結論
在TCGA中，CD161在大多數腫瘤中存在差異表達，並被作為預測預後良好的標誌物。此外，CD161的表達與淋巴細胞和非淋巴細胞之間的免疫調節作用顯著相關。CD161的表達與T細胞浸潤、免疫檢查點、免疫激活基因、免疫抑制基因、趨化因子和趨化因子受體密切相關。總之，作為新型潛在免疫檢查點來說，CD161可能是腫瘤免疫治療靶點。