研究背景
紧抓热点,是成就高分文章的必要条件。当前最热的莫过于铜死亡了,铜是人体必须的微量元素,参与多种生物过程。但铜的浓度超过一定的值时,就使机体细胞致死,导致铜死亡。研究表明与铜死亡相关的基因有10个,其中Ferredoxin 1(FDX1)是重要的正向调控因子(1)。
铜的水平与肝硬化、急性肝炎(2)肝癌相关,血清铜或许可作为肝癌检测的标志物(3)。在肝细胞癌(HCC)患者中,铜的浓度过高会导致肿瘤产生、化疗耐药和不良的预后反应。以上研究都表明铜可能与肝脏恶行肿瘤的发生相关,为肝脏肿瘤的疗法提供新的视角。
下面小编与大家分享一篇具体探究铜死亡在肝癌中的应用,文章首先探究铜死亡相关基因FDX1在肝细胞癌患者中以及不同疾病进展周期中的表达情况,其次利用铜死亡相关风险评分(CRRS)将肝细胞癌患者进行分组,从而探究不同分组在突变、临床特征和肿瘤治疗中的表现。文章7.11日发表于frontiers in immunology杂志(IF:8.786)。
研究结果
1、Ferredoxin 1(FDX1)在肝细胞癌(HCC)患者表达情况分析
FDX1在铜死亡中具有关键调控作用,敲除此基因会引起抗铜诱导细胞死亡(4)。为了探究铜死亡在HCC患者中的状态,文章分析了FDX1的表达情况。与正常组织相比,HCC患者FDX1的表达显著下调。并随着疾病的进展,FDX1表达量显著下降。scRNA测序结果显示,HCC患者中所有的肿瘤细胞和正常细胞都可以检测到FDX1,主要检测到的细胞类型为肝祖细胞(hepatic progenitor cells)和恶性细胞(malignant cells)。文章还将HCC患者分为FDX1高表达组和低表达组,高表达组患者预后效果显著好于低表达组。
2、CRRS评分系统的构建和验证
FDX1编码的还原酶使Cu2+转化为毒性更强的Cu1+,并调节蛋白质脂酰化,促进脂酰化二氢硫酰胺S-乙酰转移酶(DLAT)的寡聚形成,并随后诱导蛋白质毒性应激,这使FDX1在铜死亡中起到关键性作用,因此假设FDX1相关特征可能有助于评估这种铜诱导的肝癌细胞死亡的发生。
首先进行相关性分析,从3个数据集中挑选出36个FDX1相关基因。对筛选出的基因进行KEGG和GO分析,发现36个基因均富集在TCA循环相关的分子功能和生物过程中,并与碳代谢、丙酮酸代谢等相关。对FDX1及其相关基因建立LASSO回归模型,得到4个关键基因,分别为catalase (CAT), solute carrier family 27A (SLC27A), enoyl-CoA hydratase and 3-hydroxyacyl CoA dehydrogenase (EHHADH), 和 aldehyde dehydrogenase 5 family member A1 (ALDH5A1)。进一步对产生的4个关键基因进行多变量Cox分析,每个样本的分数是通过乘以每个关键基因的基因表达值和其对应系数,score=- 0.13681 * CAT - 0.07452 * EHHADH - 0.09026 * ALDH5A1 - 0.12120 * SLC27A5。为了便于在不同队列之间进行比较,使用先前研究中报告的公式计算CRR,CRRS = (score-Min)/absolute(Max)(5)。
使用CRRS评分系统对患者的生存时间进行预测,大约47.3%的肝癌患者被分为铜死亡相关风险评分高(High-CRRS)组,与铜死亡风险评分低(Low-CRRS)组的其余患者相比,这些患者的生存时间明显缩短,并且在不同数据集中的结果是一致的。
3、CRSS与临床特征
在HCC患者的临床特征方面,不同风险组在年龄、性别、纤维化/肝硬化方面均没有显著性差异。但在甲胎蛋白(AFP)、TNM分期等临床症状上,High-CRRS的患者明显表现更差,这也说明了High-CRRS的患者在整体的临床表现和预后相对于Low-CRRS的患者会更差,为临床治疗提供了非常好的思路。
表1 铜死亡相关风险评分(CRRS)与肝细胞癌(HCC)的临床病理特征
验证CRRS是否可以作为OS的独立预后预测因子。首先将临床病理特征和CRR输入单变量Cox回归分析,结果显示在GSE14520([Hazard ratio (HR) = 2.479, 95% CI = 1.469–4.19, p < 0.001)和TCGA(HR = 2.147, 95% CI = 1.099–4.19, p = 0.0253)数据集中CRRS均与OS显著相关。多变量Cox回归分析结果中,矫正其他因素后CRRS仍然可以作为独立预后因子 (p < 0.001 and p = 0.008)。
4、CRRS与代谢特征
GSEA富集结果显示,Low-CRRS组的富集在代谢相关途径,如脂肪酸代谢、丙酮酸代谢和柠檬酸循环(TCA循环)。低氧诱导因子-1(HIF-1)通过氧化或糖酵解进行葡萄糖的消耗,持续增加HIF-1a将增强肿瘤细胞中的有氧糖酵解,研究发现High-CRRS组的患者HIF1A也升高。
5、CRRS与免疫特征
TME由多种非肿瘤细胞组成,包括免疫细胞和基质细胞,如内皮细胞和成纤维细胞,影响着癌症的生长和侵袭。结果显示在High-CRRS组和Low-CRRS组之间,基质评分方面没有差异 (p = 0.93)。但在免疫评分方面,High-CRRS组的免疫评分显著高于Low-CRRS组,表明在High-CRRS组中免疫细胞浸润更高。High-CRRS组HCC患者在一些抗肿瘤免疫浸润,如共激活分子、B细胞、检查点抑制和T细胞显示出明显更高的富集度。
在利用CIBERSORT算法进一步评估TCGA-LIHC数据集中免疫细胞的浸润水平时发现,两组患者的大多数抗肿瘤免疫细胞浸润无差异。High-CRRS组患者的M0巨噬细胞(p<0.0001)、调节性T细胞(p<0.001)和滤泡辅助性T细胞(p<0.0001)比例较高。此外,在铜死亡风险评分低(Low-CRRS)组的肝细胞癌(HCC)患者中观察到较高水平的M2巨噬细胞(p<0.01)、M1巨噬细胞(p<0.0001)、静息肥大细胞(p<0.0001)和单核细胞(p<0.001)
6、CRRS与肿瘤治疗的效果
CRRS评分系统对于用药方面的指导文章也进行了探索。索拉菲尼是肝细胞癌患者的一线治疗用药,对药物疗效较好的患者CRRS评分较高,并且抗铜死亡相关的基因如FDX1、LIAS和PDHB在反应者中显著低表达。经导管动脉化疗栓塞(TACE)是BCLC A或B的肝细胞癌患者常用的治疗的手段,针对TACE治疗,治疗效果不好的患者CRRS评分高,并且铜死亡诱导关键基因FDX1在对治疗有反应的患者中显著高表达。
免疫治疗是目前肿瘤治疗中非常重要的方面,本文也对免疫检查点的表达进行了分析。基于CRRS分组标准,PDL1的表达在不同分组中没有差异。PD1、TIGIT、LAG-3、TIM-3、CTLA4在High-CRRS组中显著高表达,提示这类患者使用免疫检查点抑制剂效果会更好。
总结
该研究结合单细胞分析了铜死亡基因FDX1在肝细胞癌中的表达情况,并构建了FDX1相关的预后风险评分系统CRRS,总结了其与临床特征及预后的关系,在肝细胞癌的化疗和免疫治疗方面有着重要的指导意义,也对CRRS评分系统的应用性进行了验证。如果担心普通的铜死亡预后分析思路撞车,那么另辟蹊径自己设计个性化的思路已然成为趋势,只要有理有据何愁过不去审稿人那关。
铜死亡个性化生信分析思路
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参考文献:
Tsvetkov P, Coy S, Petrova B, Dreishpoon M, Verma A, Abdusamad M, et al. Copper Induces Cell Death by Targeting Lipoylated TCA Cycle Proteins. Science (2022) 375(6586):1254–61. doi: 10.1126/science.abf0529;
Koizumi M, et al. A Marked Increase in Free Copper Levels in the Plasma and Liver of LEC Rats: An Animal Model for Wilson Disease and Liver Cancer. Free Radic Res (1998) 28(5):441–50. doi: 10.3109/10715769809066881
3. Zhang YJ, Zhao DH, Huang CX. [The Changes in Copper Contents and its Clinical Significance in Patients With Liver Cirrhosis and Hepatocarcinoma]. Zhonghua Nei Ke Za Zhi (1994) 33(2):113–6.
4. Tsvetkov P, Coy S, Petrova B, Dreishpoon M, Verma A, Abdusamad M, et al. Copper Induces Cell Death by Targeting Lipoylated TCA Cycle Proteins. Science (2022) 375(6586):1254–61. doi: 10.1126/science.abf0529
5. Qu H, Zhao H, Zhang X, Liu Y, Li F, Sun L, et al. Integrated Analysis of the ETS Family in Melanoma Reveals a Regulatory Role of ETV7 in the Immune Microenvironment. Front Immunol (2020) 11:612784. doi: 10.3389/ fimmu.2020.612784
6. Yang C, Huang X, Liu Z, Qin W, Wang C. Metabolism-Associated Molecular Classification of Hepatocellular Carcinoma. Mol Oncol (2020) 14(4):896–913. doi: 10.1002/1878-0261.12639