基于數(shù)據(jù)庫探索HLA-DPB1基因在泛癌中的潛在價值

王司穎, 閆瑞玲, 管保章, 張偉*

(暨南大學(xué) 附屬第一醫(yī)院 1.乳腺外科; 2.婦產(chǎn)科; 3.腎臟內(nèi)科, 廣東 廣州 510630)

腫瘤的發(fā)生發(fā)展是一個復(fù)雜的過程,涉及癌細胞的增殖、轉(zhuǎn)移及免疫逃逸等環(huán)節(jié)。腫瘤免疫治療通過重啟腫瘤免疫循環(huán),恢復(fù)機體抗腫瘤免疫反應(yīng)從而抑制和殺滅腫瘤細胞,被認為是唯一有望攻克腫瘤的治療方法,是當(dāng)前腫瘤領(lǐng)域的研究熱點[1-2]。人類白細胞抗原-DPB1(HLA-DPB1)是免疫系統(tǒng)重要的組成部分,其作為跨膜糖蛋白可與外源性肽類分子結(jié)合,介導(dǎo)經(jīng)典型MHC-Ⅱ類分子抗原提呈途徑,激活CD4+T細胞,促進T細胞增殖和細胞毒性反應(yīng)[3-4]。HLA-DPB1不僅存在于免疫細胞表面,還存在于腫瘤細胞表面[5]。已有研究發(fā)現(xiàn)HLA-DPB1與乳腺癌、惡性黑色素瘤、宮頸癌等腫瘤的發(fā)生發(fā)展存在功能聯(lián)系[6-8]。然而,目前尚缺少HLA-DPB1在泛癌中的研究,HLA-DPB1對腫瘤患者預(yù)后的影響及其潛在調(diào)控機制的研究更少。本研究利用多個組學(xué)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)性分析了HLA-DPB1在泛癌組織中的差異性表達、基因突變圖譜及其與免疫浸潤的相關(guān)性,初步探討了其與腫瘤患者預(yù)后及腫瘤微環(huán)境的相關(guān)性,為后續(xù)HLA-DPB1在腫瘤領(lǐng)域中的研究提供了參考。

1 材料與方法

1.1 泛癌數(shù)據(jù)采集

從UCSC Xena (https://xenabrowser.net/datapages/)獲得經(jīng)Toil流程統(tǒng)一處理的TCGA_GTEx數(shù)據(jù)集,其中包括TCGA樣本和正常組織樣本(Genotype-Tissue Expression,GTEx)的基因表達矩陣[9],同時從癌癥基因組圖譜(TCGA, https://portal.gdc.cancer.gov/)下載33種腫瘤的表達譜數(shù)據(jù)和臨床數(shù)據(jù)。

1.2 HLA-DPB1在泛癌中的表達分析

在TCGA_GTEx樣本、TCGA樣本和TCGA配對樣本中,分別比較了正常組織和腫瘤組織中HLA-DPB1的mRNA表達。在UALCAN數(shù)據(jù)庫(http://ualcan.path.uab.edu/)中使用臨床蛋白質(zhì)組學(xué)腫瘤分析聯(lián)盟(clinical proteomic tumor analysis consortium,CPTAC)板塊分析HLA-DPB1在正常和腫瘤組織的蛋白質(zhì)表達差異。此外,在人類蛋白質(zhì)圖譜(human protein atlas,HPA)數(shù)據(jù)庫中檢索獲得HLA-DPB1在正常和腫瘤組織中的免疫組織化學(xué)染色圖像。

1.3 HLA-DPB1在泛癌中的預(yù)后分析

分析TCGA數(shù)據(jù)庫中HLA-DPB1表達在泛癌中預(yù)后評估的價值。根據(jù)每種腫瘤中HLA-DPB1表達量的中位數(shù)將患者分成高、低兩組,使用“survfit”函數(shù)分析兩組的預(yù)后差異,繪制Kaplan-Meier曲線觀察HLA-DPB1的表達水平對每個腫瘤總生存期(overall survival,OS)的影響。此外使用 “coxph”函數(shù)建立Cox模型,分析HLA-DPB1在33 種腫瘤中的表達與腫瘤預(yù)后的相關(guān)性,計算風(fēng)險比(hazard ratio,HR) 。

1.4 遺傳突變分析

使用cBioportal 數(shù)據(jù)庫 (https://www.cbioportal.org/)“Quick Search”模塊選擇 “TCGA PanCancer Atlas Studies”,輸入HLA-DPB1進行泛癌基因突變類型匯總。通過“Mutation”模塊整合了泛癌樣本的突變數(shù)據(jù),獲得HLA-DPB1功能結(jié)構(gòu)域圖上具體的突變位點信息,進行可視化分析。此外在“Query”板塊中分別選擇某一類型的腫瘤,在 “Enter Genes”一欄輸入HLA-DPB1,同時使用“Comparsion/Survival”模塊觀察各個腫瘤中HLA-DPB1突變對腫瘤預(yù)后的影響。

1.5 免疫浸潤分析

分析TCGA數(shù)據(jù)庫中HLA-DPB1的表達與泛癌中免疫學(xué)特征的相關(guān)性。分別使用ESTIMATE方法計算各個腫瘤樣本中的基質(zhì)評分(stromalscore),免疫評分(immunescore)和ESTIMATE 評分,采用Timer方法評估各個腫瘤樣本中6種免疫浸潤細胞評分(B 細胞、CD4+T 細胞、CD8+T 細胞、中性粒細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞),使用“corr.test”函數(shù)計算了各個腫瘤中基因與免疫評分以及免疫細胞浸潤評分的相關(guān)性。此外借助Timer 2.0(TIMER 2.0,http://timer.cistrome.org/)分析了HLA-DPB1的表達與8個免疫檢查點相關(guān)基因(SIGLEC15,IDO1,CD274,HAVCR2,PDCD1,CTLA4,LAG3和PDCD1LG2)的相關(guān)性。

1.6 功能富集分析

使用GEPIA2(http://gepia2.cancer-pku.cn/)選擇“Similar Genes Detection”板塊輸入“HLA-DPB1”,選中TCGA數(shù)據(jù)集中的所有腫瘤,提取具有類似HLA-DPB1表達模式的前100個基因。這100 個HLA-DPB1相關(guān)基因被用于 STRING 網(wǎng)站(https://cn.string-db.org/)上生成蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用(PPI)網(wǎng)絡(luò),所需的最低交互閾值設(shè)置為0.4?；谶@100個基因使用R軟件包clusterProfiler[4.4.4]進行基因本體論(gene ontology,GO)分析及京都基因與基因組數(shù)據(jù)庫(kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)分析,探索HLA-DPB1相關(guān)基因在腫瘤患者中的潛在分子機制和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。同時使用GSEA軟件(4.3.2版)選擇預(yù)后與HLA-DPB1表達相關(guān)的腫瘤表達矩陣文件,以HLA-DPB1表達值中位數(shù)為界將樣本分成高表達組(≥50%)和低表達組(<50%),選擇c2.cp.all.v2022.1.Hs.symbols.gmt [All Canonical Pathways],采用默認加權(quán)富集法,觀察HLA-DPB1高、低表達組間的差異途徑。隨機組合設(shè)定為1 000次。以P<0.05且FDR<0.25為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

1.7 單細胞測序數(shù)據(jù)分析

CancerSEA(http://biocc.hrbmu.edu.cn/CancerSEA/home.jsp)是一個專門用于單細胞測序的數(shù)據(jù)庫,可以在單細胞水平上提供腫瘤細胞的不同功能狀態(tài)[10]。根據(jù)CancerSEA的單細胞測序數(shù)據(jù),分析了HLA-DPB1表達與不同腫瘤的生物學(xué)行為的相關(guān)性。T-SNE圖是一種降維可視化技術(shù),可以將高維的表達譜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二維或三維圖形,以便更好地觀察細胞之間的相似性和差異性。單細胞T-SNE圖在CancerSEA網(wǎng)站獲得的。

1.8 統(tǒng)計學(xué)分析

所有統(tǒng)計學(xué)分析均使用R軟件包(v4.0.2),Wilcoxon秩和檢驗分析HLA-DPB1在不同腫瘤組織和對應(yīng)正常組織中的表達水平;單因素Cox回歸分析計算HLA-DPB1在腫瘤中的表達和患者生存預(yù)后的相關(guān)性;Kaplan-Meier曲線和log-rank檢驗比用來比較HLA-DPB1的表達水平高低與腫瘤總生存期的差異;以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。在Spearman相關(guān)性分析中,當(dāng)P<0.05,|R|>0.8被認為具有強相關(guān)性。

2 結(jié)果

2.1 HLA-DPB1在惡性腫瘤組織中表達異常

箱式圖顯示HLA-DPB1在TCGA_GTEx、TCGA及配對TCGA樣本中的表達情況,如圖1A顯示,與正常組織相比,在乳腺浸潤癌(BRCA)、宮頸鱗癌和腺癌(CESC)、膽管癌(CHOL)、結(jié)腸癌(COAD)、彌漫性大B細胞淋巴瘤(DLBC)、食管癌(ESCA)、多形性膠質(zhì)母細胞瘤(GBM)、腎透明細胞癌(KIRC)、腎乳頭狀細胞癌(KIRP)、急性髓細胞樣白血病(LAML)、腦低級別膠質(zhì)瘤(LGG)、肝細胞肝癌(LIHC)、肺腺癌(LUAD)、卵巢漿液性囊腺癌(OV)、胰腺癌(PAAD)、前列腺癌(PRAD)、直腸腺癌(READ)、皮膚黑色素瘤(SKCM)、胃癌(STAD)、睪丸癌(TGCT)、甲狀腺癌(THCA)、胸腺癌(THYM)中HLA-DPB1高表達(P<0.05),在腎上腺皮質(zhì)癌(ACC)、膀胱尿路上皮癌(BLCA)、肺鱗癌(LUSC)、子宮肉瘤(UCS)中HLA-DPB1低表達(P<0.05)。在圖1B、C中同樣觀察到HLA-DPB1在BRCA、KIRC、KIRP、STAD表達上調(diào),而在LUSC中表達下調(diào)。

1)P<0.05, 2)P<0.01, 3)P<0.001A: TCGA_GTEx數(shù)據(jù)庫中33 種腫瘤組織和正常組織中HLA-DPB1 mRNA的相對表達水平; B: TCGA 數(shù)據(jù)庫中 33 種腫瘤組織和正常組織中HLA-DPB1 mRNA的相對表達水平; C: TCGA 數(shù)據(jù)庫中18個腫瘤配對樣本中HLA-DPB1 mRNA的相對表達水平。A: The mRNA expression of HLA-DPB1 in 33 tumors in TCGA_GTEx samples; B: The mRNA expression of HLA-DPB1 in 33 tumors in TCGA database; C: The mRNA expression of HLA-DPB1 in paired samples of 18 tumors in TCGA database.圖1 HLA-DPB1 mRNA在腫瘤組織和正常組織中的表達分析Figure 1 The mRNA expression of HLA-DPB1 in normal and tumor tissues

在蛋白水平上進一步比較了HLA-DPB1在惡性腫瘤及其對應(yīng)正常組織中的表達差異。結(jié)果提示在KIRC、子宮內(nèi)膜癌(UCEC)、PAAD、頭頸部鱗癌(HNSC)、GBM中HLA-DPB1蛋白表達上調(diào)(圖2A)。HPA 數(shù)據(jù)庫免疫組化染色數(shù)據(jù)表明在BRCA、OV、PAAD、STAD、SKCM、LIHC中HLA-DPB1蛋白表達上調(diào)(圖2B)。

A:HLA-DPB1在正常和腫瘤組織中的標準化蛋白表達密度;B:從HPA中提取的正常和腫瘤組織中HLA-DPB1的IHC圖像。A:Standardized expression density of HLA-DPB1 in human tumor tissues;B:The IHC images of HLA-DPB1 in normal and tumor tissues extracted from the HPA.圖2 HLA-DPB1蛋白在腫瘤組織和正常組織中的表達分析Figure 2 The protein expression of HLA-DPB1 in normal and tumor tissues

綜上,HLA-DPB1在大多數(shù)惡性腫瘤組織中存在異常表達且表達水平存在一定的組織特異性。其中,HLA-DPB1在BRCA、PAAD、STAD、KIRC、GBM中的表達(mRNA及蛋白水平)顯著高于其對應(yīng)正常組織(P<0.05)。

2.2 HLA-DPB1的差異性表達與腫瘤患者預(yù)后密切相關(guān)

本研究將患者的OS作為預(yù)后的衡量指標,進行了HLA-DPB1表達水平與OS的相關(guān)性分析。K-M生存曲線顯示,HLA-DPB1在CESC(P=0.03)、KIRC(P=1.8×10-3)、LUAD(P=1.0×10-4)、UCEC(P=0.02)、SARC(P=4.5×10-3)、SKCM(P=5.6×10-7)中高表達的患者比低表達的預(yù)后更好,在LAML(P=3.1×10-3)、LGG(P=3.4×10-7)、THYM(P=9.2×10-3)、葡萄膜黑色素瘤(UM)(P=0.02)患者中HLA-DPB1高表達預(yù)后不良(圖3A)。

A: HLA-DPB1高/低表達對總生存的影響; B: HLA-DPB1表達與33個惡性腫瘤中OS相關(guān)性的森林圖。A: Overall survival (OS) of patients with high and low HLA-DPB1 expression; B: HLA-DPB1 related to OS in pan-cancer were exhibited by a forest plot.圖3 HLA-DPB1表達與泛癌預(yù)后的相關(guān)性Figure 3 Correlation between HLA-DPB1 expression and pan-cancer prognosis

HLA-DPB1在4種腫瘤中HR>1且P<0.05,分別為LAML(HR=1.18,P=5.4×10-3),LGG(HR=1.38,P=2.7×10-8)、THYM(HR=2.81,P=0.01)、UVM(HR=1.5,P=7.5×10-3),表明HLA-DPB1高表達是此類腫瘤的危險因素。HLA-DPB1在5種腫瘤中HR<1且P<0.05,分別為CESC(HR=0.81,P=6.0×10-3)、LUAD(HR=0.87,P=6.3×10-3)、肉瘤(SARC)(HR=0.89,P=0.03)、SKCM(HR=0.81,P=8.5×10-8)、KIRC(HR=0.85,P=8.2×10-3),表明HLA-DPB1高表達是此類腫瘤的保護因素(圖3B)。

2.3 HLA-DPB1在泛癌中基因突變情況

利用癌癥基因組學(xué)cBioPortal中TCGA泛癌數(shù)據(jù)分析了不同腫瘤中HLA-DPB1的遺傳變異情況及基因突變與患者預(yù)后的相關(guān)性。結(jié)果顯示,HLA-DPB1基因變異率排名前5的腫瘤分別是DLBC(4.17%)、CHOL(2.78%)、OV(2.57%)、葡萄膜黑色素瘤(UM)(2.57%)、SKCM(2.48%)。其中CHOL、OV、UM以擴增為主要類型(圖4A)。進一步分析顯示HLA-DPB1的錯義突變是遺傳改變的主要類型,HLA-DPB1蛋白序列的第160號氨基酸由谷氨酰胺(Q)突變?yōu)榻z氨酸(S)并產(chǎn)生新的閱讀框架,終止于第160號密碼子下游35號密碼子處(圖4B)。此外,本研究分析了HLA-DPB1基因突變對腫瘤患者預(yù)后的影響。結(jié)果顯示,攜帶HLA-DPB1基因突變的皮膚腫瘤患者與野生型患者相比預(yù)后更差,而在其他腫瘤中未觀察到這一現(xiàn)象(圖4C)。

A:HLA-DPB1在不同腫瘤中的突變情況;B:HLA-DPB1在每個蛋白結(jié)構(gòu)域上具體的突變圖譜;C: HLA-DPB1突變/未突變對皮膚腫瘤預(yù)后的影響。A: HLA-DPB1 mutations in different tumors; B: Specific mutation map of HLA-DPB1 on each protein structural domain; C: Prognostic impact of HLA-DPB1 mutated/unmutated in skin tumors.圖4 HLA-DPB1在泛癌中的遺傳變異情況Figure 4 Genetic variation of HLA-DPB1 in pan-cancer

2.4 HLA-DPB1表達水平與腫瘤免疫微環(huán)境密切相關(guān)

分析HLA-DPB1的表達與腫瘤微環(huán)境的相關(guān)性,圖5A結(jié)果顯示,在33種腫瘤中,HLA-DPB1表達量與基質(zhì)評分最相關(guān)的3種腫瘤是LGG(r=0.78)、READ(r=0.86)和PAAD(r=0.78);與免疫評分最相關(guān)的3種腫瘤是COAD(r=0.87)、HNSC(r=0.86)和THCA(r=0.87);與ESTIMATE評分最相關(guān)的3種腫瘤是LUSC(r=0.84)、READ(r=0.90)和PAAD(r=0.86)。HLA-DPB1表達水平與腫瘤免疫細胞浸潤的相關(guān)性分析顯示, HLA-DPB1的表達水平與B細胞、CD4+T細胞、CD8+T細胞、樹突狀細胞、巨噬細胞和中性粒細胞的水平呈顯著正相關(guān)(圖5B)。HLA-DPB1與免疫檢查點之間的相關(guān)性分析顯示, HLA-DPB1的表達水平與CD274、CTLA4、HAVCR2、LAG3、PDCD1、PDCD1LG2、TIGIT的表達水平呈顯著正相關(guān) (圖5C)。以上研究結(jié)果提示HLA-DPB1表達與惡性腫瘤微環(huán)境的調(diào)控密切相關(guān),是具有重要價值的潛在泛癌免疫學(xué)標志物。

*P<0.05,**P<0.01,***P<0.001,****P<0.0001.A:HLA-DPB1表達與基質(zhì)評分,免疫評分以及ESTIMATEScore的關(guān)系;B:泛癌中HLA-DPB1基因表達與免疫細胞浸潤水平的相關(guān)性;C:泛癌中HLA-DPB1表達與免疫檢查點基因表達的相關(guān)性。A:The relationship between HLA-DPB1 expression and StromalScore, ImmuneScore ESTIMATEScore;B. Relationship between HLA-DPB1 gene expression and immune cell infiltration in pan-cancer;C.Relationship between HLA-DPB1 expression and immune checkpoint gene expression in pan-caner.圖5 HLA-DPB1對惡性腫瘤免疫微環(huán)境的影響Figure 5 Effect of HLA-DPB1 on tumor immune microenvironment

2.5 HLA-DPB1及相關(guān)基因通路富集分析

對與HLA-DPB1密切相關(guān)的前100個基因進行分析并繪制蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)圖(圖6A),同時對這100個基因進行了GO富集分析,包括生物學(xué)過程(biological process,BP)、分子功能(molecularfunction,MF)、細胞組成(celular component,CC)和KEGG富集分析,根據(jù)P值選取各組排名前10的條目繪制成圖。KEGG富集分析發(fā)現(xiàn),HLA-DPB1相關(guān)基因主要富集在免疫激活相關(guān)通路和自身免疫性疾病信號通路上(圖6B)。GO富集分析發(fā)現(xiàn),HLA-DPB1相關(guān)基因集主要富集在“質(zhì)膜外側(cè)”、 “MHC蛋白復(fù)合物”、“ 內(nèi)吞性囊泡膜”等細胞組件,參與 “免疫受體活性”、“酰胺結(jié)合” 、 “肽結(jié)合”等分子功能,涉及 “白細胞介導(dǎo)的免疫”、“ 免疫球蛋白超家族構(gòu)建的體細胞重組的適應(yīng)性免疫應(yīng)答”、“ 淋巴細胞介導(dǎo)的免疫”、“ 白細胞細胞間黏附”的生物學(xué)過程(圖6C)。

A: 100個HLA-DPB1相關(guān)基因的蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)圖;B: 基于100個HLA-DPB1相關(guān)基因的KEGG途徑分析;C:基于100個HLA- DPB1相關(guān)基因的GO富集分析(BP、CC和MF); D:HLA-DPB1高、低表達組在CESC、KIRC、LUAD、UCEC、SARC、SKCM、LAML、LGG、THYM、UVM中的GSEA富集分析。A: 100 HLA-DPB1 related genes were used to generate a PPI network on the STRING website; B:KEGG pathways analysis based on 100 HLA-DPB1 related genes; C: GO enrichment analysis based on 100 HLA-DPB1 related genes (BP, CC, and MF); D: GSEA analysis between HLA-DPB1 high expression and low expression groups in CESC,KIRC,LUAD,UCEC,SARC,SKCM,LAML,LGG,THYM,UVM respectively.圖6 HLA-DPB1相關(guān)基因的功能富集分析Figure 6 Functional enrichment analysis of HLA-DPB1 related genes

為了進一步闡明HLA-DPB1在惡性腫瘤中的生物學(xué)功能,采用GSEA軟件分析了HLA-DPB1高表達組和低表達組差異富集的信號通路。結(jié)果顯示,HLA-DPB1高表達組主要富集于FcεRI介導(dǎo)Ca2+動員、FcεRI介導(dǎo)MAPK激活、 FcεRI介導(dǎo)NF-κB通路激活、FCGR3調(diào)控白介素10合成及JAK-STAT信號等通路。HLA-DPB1低表達組在各個腫瘤中的富集通路不盡相同,在UVM、SKCM中主要富集于核糖體通路,而在UCEC、THYM中主要富集于C3類代謝型谷氨酸信息素受體通路上(圖6D)。

2.6 HLA-DPB1在不同腫瘤細胞中的功能相關(guān)性分析

單細胞轉(zhuǎn)錄組測序是分析候選分子潛在功能的關(guān)鍵技術(shù)。Cancer SEA數(shù)據(jù)庫分析顯示,HLA-DPB1在大多數(shù)癌中的表達與細胞分化、炎癥呈正相關(guān);在視網(wǎng)膜母細胞瘤(RB)中與血管生成呈正相關(guān);在急性骨髓性白血病(AML)中與細胞增殖、炎癥等多個腫瘤生物行為呈正相關(guān)(圖7A)。在UM中HLA-DPB1表達幾乎與所有腫瘤生物行為呈高度負相關(guān),如DNA損傷、DNA修復(fù)反應(yīng)、細胞凋亡、侵襲和轉(zhuǎn)移(圖7B)。圖7C所展示的T-SNE圖顯示了HLA-DPB1在RB、UM和AML 3種癌癥類型中,單個細胞的HLA-DPB1表達譜提示不同癌癥中存在表達HLA-DPB1的特定細胞亞群,其可能在免疫反應(yīng)或腫瘤發(fā)展中起著特定的作用,這對于深入了解HLA-DPB1在泛癌中的功能和作用機制非常重要。

A: 熱圖顯示HLA-DPB1表達與不同腫瘤功能狀態(tài)的相關(guān)性; B: UM中HLA-DPB1表達與不同功能狀態(tài)之間的關(guān)系; C: T-SNE圖顯示RB、UM和AML的單個單元格中HLA-DPB1表達譜。A: Heatmap showed the correlation between HLA-DPB1 expression and different tumor functional status based on CancerSEA database; B: Correlation between HLA-DPB1 expression and functional states in UM; C: HLA-DPB1 expression profiles were shown at single cells from RB, UM and AML by T-SNE diagram.圖7 HLA-DPB1在單細胞水平上的表達與腫瘤功能狀態(tài)的相關(guān)性Figure 7 Correlation between HLA-DPB1 expression at the single-cell level and functional status

3 討論

目前癌癥基因組學(xué)的研究已進入泛癌時代,泛癌研究將幫助人類了解基因在惡性腫瘤中的表達及作用,便于發(fā)現(xiàn)惡性腫瘤的潛在治療靶點[11]。MHC-Ⅱ類分子包括HLA-DR、HLA-DQ和HLA-DP,參與機體抗腫瘤免疫過程[12-13]。在人類6號染色體HLA-DP區(qū),包含編碼α鏈的DPA1和DPA2以及編碼β鏈的DPB1和DPB2。其中DPA1和DPB2為功能基因,可編碼蛋白。近年來HLA-DPB1基因被證明與多種自身免疫性疾病密切相關(guān)[14-16]。HLA-DPB1的表達會影響過敏原免疫治療的效果[14]。探討HLA-DPB1的表達與惡性腫瘤的關(guān)系和作用機制,有助于理解HLA-DPB1在腫瘤發(fā)生發(fā)展中所扮演的角色,為腫瘤預(yù)后的預(yù)測和免疫治療提供新思路、新途徑。

本研究利用公共數(shù)據(jù)庫中大量腫瘤患者基因組學(xué)信息,系統(tǒng)比較了HLA-DPB1在多種惡性腫瘤組織及對應(yīng)正常組織中的差異性表達,并分析了其表達與患者預(yù)后的相關(guān)性。研究結(jié)果提示HLA-DPB1在大部分實體腫瘤組織中表達升高,并與CESC、UCEC、LUAD、SARC、SKCM、KIRC的良好預(yù)后相關(guān)。既往研究發(fā)現(xiàn)在IFN-γ,TNF等細胞因子誘導(dǎo)下,腫瘤細胞和癌旁細胞可發(fā)生MHC-Ⅱ類基因的異常表達[17]。MHC-Ⅱ類分子在腫瘤中的表達減少預(yù)示腫瘤惡性度高、預(yù)后差[18-19]。Leite等[20]報道了HLA-DPB1在小兒腎上腺皮質(zhì)腫瘤中的低表達與不良預(yù)后顯著相關(guān);Lyu等[6]發(fā)現(xiàn)HLA-DPB1在乳腺癌中表達升高與良好預(yù)后相關(guān)。上述研究結(jié)果說明HLA-DPB1可能成為預(yù)測腫瘤預(yù)后的新標志物?；蛲蛔兣c腫瘤的發(fā)生、進展密切相關(guān)[21],本研究發(fā)現(xiàn)HLA-DPB1突變廣泛存在于多種腫瘤中,并且可能涉及氨基酸序列改變以及嚴重的移碼突變,生存分析發(fā)現(xiàn)HLA-DPB1突變與皮膚腫瘤患者不良預(yù)后密切相關(guān)。

研究發(fā)現(xiàn)MHC-Ⅱ類分子在黑色素瘤細胞中異常表達可吸引腫瘤特異性CD4+T細胞,引發(fā)TNF主導(dǎo)的局部炎癥反應(yīng)[7]。Souri等[22]在高風(fēng)險UM中發(fā)現(xiàn)LAG-3表達增加伴隨著MHC-Ⅱ類分子的表達上調(diào)[22]。McCaw等[23]基于鼠類乳腺腫瘤細胞的研究,發(fā)現(xiàn)表達MHC-Ⅱ類分子的腫瘤細胞促進了CD4+T細胞的局部激活,間接促進了CD8+T細胞活化和擴增,與抗CTLA4 聯(lián)合使用可促進腫瘤消退。本研究分析了TCGA腫瘤患者中HLA-DPB1的表達分別與免疫細胞浸潤和免疫檢查位點的相關(guān)性,結(jié)果提示,HLA-DPB1高表達的腫瘤患者表現(xiàn)出更高的免疫評分,與腫瘤浸潤性免疫細胞和部分免疫檢查點呈顯著正相關(guān)。因此,HLA-DPB1是腫瘤免疫應(yīng)答中的關(guān)鍵基因。HLA-DPB1的表達可增加腫瘤免疫微環(huán)境的免疫原性,促進淋巴細胞的滲透。通過誘導(dǎo)HLA-DPB1表達的策略可能會增強腫瘤患者對免疫治療的反應(yīng),為腫瘤治療提供一個新的治療靶點。

目前,關(guān)于MHC-Ⅱ類分子介導(dǎo)腫瘤細胞信號傳導(dǎo)通路的研究主要集中在HLA-DR。Aoudjit 等[24]發(fā)現(xiàn)HLA-DR在黑色素瘤細胞中的異常表達可激活MAPK/ERK通路、抑制Fas 介導(dǎo)的細胞凋亡。最近Costantini等[25]研究發(fā)現(xiàn),HLA-DR在黑色素瘤細胞中的異常表達介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)增加了整合素、黏附受體、PD-L1和多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白(FAK、AKT和STAT3)的表達,促進黑色素瘤細胞增殖和遷移。有研究報道稱MHC-Ⅱ類分子表達的上調(diào)必須經(jīng)過JAK/STAT 信號的激活[26],這與本研究在GSEA通路富集分析中觀察到JAK-STAT通路富集在HLA-DPB1腫瘤高表達組中的結(jié)果一致。另外,本研究還觀察到HLA-DPB1高表達組富集于FcεRI介導(dǎo)的Ca2+動員、MAPK激活、NF-κB通路上。結(jié)合Cancer SEA分析發(fā)現(xiàn)腫瘤細胞中HLA-DPB1的表達與炎癥和細胞分化呈正相關(guān)。過去的研究證實HLA-DR在腫瘤細胞的表達與其分化程度正相關(guān)[27-30]。以上說明HLA-DPB1與HLA-DR功能上相似,均參與腫瘤的免疫反應(yīng)過程及細胞分化、炎癥、血管生成等。另有研究發(fā)現(xiàn)用IFN-γ處理黑色素瘤細胞后,HLA-DR、DQ和DP的表達上調(diào)程度有所不同[31]。未來需要進一步研究HLA-DR、DQ和DP在腫瘤組織中的差異性表達,以及單獨分析這些不同表達在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用,以尋找最為合適的治療靶點。

本研究采用不同數(shù)據(jù)庫對HLA-DPB1在泛癌中的作用進行了生物信息學(xué)分析,尚存在一定的局限性,缺乏體內(nèi)外實驗驗證和進一步的機制研究。同時,HLA-DPB1在mRNA和蛋白質(zhì)水平上的差異性表達存在不一致,一方面可能因為存在轉(zhuǎn)錄后調(diào)控,從轉(zhuǎn)錄到蛋白翻譯還存在復(fù)雜的調(diào)節(jié)過程;另一方面,由于蛋白表達數(shù)據(jù)庫中的樣本數(shù)量較小,可能造成統(tǒng)計學(xué)的偏差,需要進一步獲得臨床病理數(shù)據(jù)進行驗證。

綜上所述,本研究對泛癌HLA-DPB1的生物信息學(xué)分析表明,HLA-DPB1表達水平與腫瘤患者的臨床預(yù)后及免疫浸潤高度相關(guān),其可能通過 FcεRI介導(dǎo)Ca2+動員、MAPK激活及 NF-κB激活參與腫瘤的免疫、炎癥反應(yīng)過程,因此本研究可為HLA-DPB1作為新的腫瘤預(yù)后標志物和免疫治療的潛在靶點提供了理論支持。

作者貢獻聲明

王司穎:數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、撰寫論文;閆瑞玲:收集數(shù)據(jù)并修改論文;管保章:指導(dǎo)數(shù)據(jù)分析;張偉:提出研究思路和框架,修改論文。

利益沖突聲明

本研究未受到企業(yè)、公司等第三方資助,不存在潛在利益沖突。