经典铁死亡，再出新思路

转发：肿瘤微环境在肿瘤进展、免疫逃逸和免疫治疗应答中起着重要作用。最近的研究表明，铁死亡在肿瘤的促进和抑制中发挥着双重作用，并影响化疗、放疗和免疫治疗的疗效。铁死亡是一种铁依赖的细胞死亡，其特征是细胞内活性氧的积累。这一过程依赖于肿瘤微环境中损伤相关分子模式的释放和由铁死亡细胞损伤引发的免疫反应。调控铁死亡可以抑制多种癌症的细胞迁移、侵袭和增殖。今天要跟大家分享的这篇文章于今年4月发表在Frontiers in Immunology（IF=7.561）。

Identification and Validation in a Novel Quantification System of Ferroptosis Patterns for the Prediction of Prognosis and Immunotherapy Response in Leftand Right-Sided Colon Cancer

一种旨在预测左右侧结肠癌预后和免疫治疗反应的新型铁死亡模式定量系统的鉴定和验证

背景

结肠癌是一种常见的胃肠道恶性肿瘤，其发病率仅次于胃癌和食管癌，并与高死亡率相关。全球每年约有90万人死于结肠癌，约占癌症相关死亡总数的10%。根据结肠的解剖结构，结肠癌可分为左侧或右侧结肠癌。既往研究表明，原发肿瘤部位是结肠癌的独立预后因素，可作为制定治疗策略的基础。因此，了解左侧和右侧结肠癌之间的细胞和分子生物学机制是推进肿瘤治疗的关键。本研究旨在建立一个新的量化系统的铁死亡模式和全面分析铁死亡评分（FS）和免疫细胞浸润（ICI）特征、肿瘤突变负荷、预后和治疗敏感性在左侧和右侧结肠癌。本研究揭示了对铁死亡亚型的评估将有助于深入了解左侧和右侧结肠癌的异质性。铁死亡模式的定量在预测ICI特征、预后和个体化免疫治疗策略中发挥了不可忽视的作用。

结果

1.左侧结肠癌和右侧结肠癌中铁死亡相关基因的遗传变异

铁死亡相关基因（FRGs）在左侧结肠癌（LCC）和右侧结肠癌（RCC）中有普遍的CNV改变，并且大多数都集中在拷贝数的缺失上，而近一半的FRGs的CNV扩增频率更高（图1A）。在399个样本中，有297个携带FRG突变，突变频率为74.44%。其中，TP53的突变频率最高（图1B）。为了确定上述遗传变异是否影响LCC和RCC中mRNA的表达，作者分析了正常组织和肿瘤组织中mRNA的表达水平，发现CNV可能介导了FRG表达的差异。与正常组织相比，扩增频率较高的肿瘤组织中FRGs的表达显著增加，反之亦然（图2D）。此外，FRG在正常组织和肿瘤组织中的表达具有高度异质性，说明FRG的差异表达在LCC和RCC的发生发展中起着重要作用。

图1

2.铁死亡亚型具有独特的免疫浸润特性和生物学行为

具有相同预后影响的FRG之间存在显著的正相关；预后有利的FRGs与不良的FRGs之间存在显著的负相关（图2A）。将样本基于不同FRG表达模式的进行聚类分析，确定了2个与铁死亡相关的表型（图2B）。预后分析显示，与铁死亡B相比，铁死亡A的预后更好（图2C），且FRGs在两个亚型中存在差异表达（图2D）。铁死亡亚型间存在显著的免疫细胞浸润差异（图2E）。GSVA分析结果显示，肿瘤干细胞和基质相关信号在铁死亡B中显著富集，这些信号包括非典型的Wnt信号通路、Hedgehog信号通路、TGF-β信号通路和细胞外基质（ECM）受体相互作用（图2F和G）。

图2

3.铁死亡表型相关的差异表达基因聚类患者更稳定地量化铁死亡模式，以更好地预测预后

为了研究每个铁死亡表型的潜在生物学行为，作者进一步将样本分为三个与死亡表型相关的DEG聚类表型（图3A）。其中，A基因簇中的患者预后最好（图3B）。基因簇A的患者多来自于铁死亡A表型，而基因簇B和C的患者预后相对较差的患者属于铁死亡B表型（图3C）。在不同的基因簇中，FRG的表达存在显著差异（图3D）。作者使用PCA来量化LCCs和RCCs中的铁死亡模式，并定义为FS。接下来，将所有患者分为HSG和LSG，评估了FS在预测预后中的价值。与HSG组患者相比，LSG组患者的预后更好（图3E-I和K-L）。由于DEGs在免疫相关通路中显著富集，作者探索了FS和ICI之间的关系，发现FS与大多数浸润的免疫细胞呈显著正相关（图3J）。

图3

4.铁死亡评分与肿瘤突变负荷和基因组不稳定性显著相关

HSG中的TMB显著高于LSG中的TMB（图4A）。FS和TMB之间存在正相关关系（图4B）。不同MSI分子亚型之间的FS有显著差异。MSI-H亚型的中位FS显著高于其他两个亚型MSS和MSI-L（图4C）。HSG中较大一部分患者属于MSI-H亚型，预后较差，而LSG中几乎所有患者都属于MSS和MSI-L亚型，预后较好（图4D）。高TMB组和低TMB组患者的预后有显著性差异（图4E）。进一步，低FS和低TMB联合治疗的患者表现出很大的生存优势（图4F），且HSG中这些基因的突变频率普遍高于LSG中（图4G，H）。

图4

5.铁死亡评分在预测免疫治疗疗效方面有很大的潜力

HSG与LSG间具有显著的耐药差异（图5A-G）。对于免疫抑制检查点基因，HSG中免疫抑制检查点基因的表达均高于LSG（图5H-M）。此外，FS在预后和免疫治疗疗效方面展示出更大的预测潜力（图6）。

图5

图6

6.根据铁死亡评分，确定ALOX5为预后关键基因

为了进一步分析关键基因，作者利用WGCNA构建了一个基因共表达网络，以识别与FS相关性最高的模块（图7A-D）。最终识别到ALOX5，并且在蛋白水平， ALOX5在肿瘤组织中的表达明显高于正常组织（图7E），ALOX5的高表达均与不良预后相关（图7F和G）。

图7

小结

本研究全面探讨了结肠癌中铁死亡与ICI之间的关系。铁死亡亚型的鉴定将有助于深入了解左右结肠癌的异质性，建立了一个量化铁死亡模式的系统，可以作为预测预后和免疫治疗反应的有效生物标志物。鉴定的关键基因ALOX5也表现出良好的预测能力。该研究为鉴定铁死亡免疫表型、预测预后以及在结肠癌中提供个体化免疫治疗提供了一种新工具。