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导读
单基因的生信研究方法就是对某个具体的基因进行全景的、多组学层面的分析，可操作性极强。下文的作者利用TCGA数据库探索CD147在泛癌的表达水平和突变情况，采用KM分析CD147的预后价值。通过基因集变异分析（GSVA）和单细胞测序分析探讨了CD147在肿瘤细胞和间质细胞上的表达。应用组织芯片多重免疫荧光染色技术检测CD147与巨噬细胞标志物CD68、CD163在泛癌组织中的共表达。最后，对基于CD147表达的免疫治疗反应和敏感小分子药物进行了预测。
背景知识
CD147是一种重要的细胞表面糖蛋白，表达于多种细胞，如肿瘤细胞、上皮细胞、肿瘤相关成纤维细胞、T细胞、外周血单核细胞等。CD147是一种基质金属蛋白酶调节剂（MMPs），后来人们发现发现CD147在癌症治疗中起着至关重要的作用。越来越多的研究表明，CD147通过重编程糖酵解代谢、诱导基质降解、促进肿瘤细胞侵袭和转移等多种机制促进肿瘤进展。然而，CD147参与泛癌免疫和进展的具体机制仍不清楚。此外，TME中CD147水平与免疫浸润的关系还没有得到充分的研究。
本文肿瘤缩写：肾上腺皮质癌(ACC)、膀胱癌(BLCA)、乳腺癌(BRCA)、宫颈癌(CESC)、胆管细胞癌(CHOL)、结直肠癌(COAD)、食道癌(ESCA)、胶质母细胞瘤(GBM)、头颈部鳞状细胞癌(HNSC)、肾嫌色细胞癌(KICH)、肾透明细胞癌(KIRC)、肾乳头状细胞癌(KRIP)、低级别胶质瘤(LGG)、肝细胞癌(LIHC)、肺腺癌(LUAD)、肺鳞状细胞癌(LUSC)、间皮瘤(MESO)、卵巢浆液性囊腺癌(OV)、胰腺癌(PAAD)、肝细胞癌(LIHC)、肺腺癌(LUAD)、间皮瘤(MESO)、卵巢浆液性囊腺癌(OV)、胰腺癌(PAAD)。嗜铬细胞瘤和副神经节瘤(PCPG)、前列腺癌(PRAD)、直肠癌(READ)、肉瘤(SARC)、皮肤黑色素瘤(SKCM)、胃腺癌(STAD)、睾丸癌(TGCT)、甲状腺癌(THCA)、胸腺瘤(THYM)、子宫内膜癌(UCEC)、子宫癌肉瘤(UCS)和眼部黑色素瘤(UVM)。
结果解读
本文选取TCGA数据库中的泛癌样本进行后续分析。作者研究设计的流程图如图1所示。
为了全面阐述CD147在正常组织和癌组织中的表达。首先，基于GTEx数据集，作者观察了CD147在31个正常组织中的表达水平(图2A)。CD147富集率最高的三个组织是睾丸、心脏和结肠。来自CCLE数据库的数据表明，CD147在这38个肿瘤细胞系(图2B)中高表达，特别是在胶质瘤、髓母细胞瘤、黑色素瘤、子宫内膜和甲状腺中。来自HPA数据集的数据表明，CD147 RNA富集率最高的五个细胞系是U-87、U-2197、NTERA-2、HaCaT和MCF7(图2C)。另外，作者还发现，CD147在几乎所有癌症中显著高于正常对照（除KIRC、LAML、READ、UCS、SARC以及 PCPG (图2D)。
接下来，作者通过KM分析研究CD147在泛癌中的预后价值。CD147在预测肿瘤类型中的OS(图3A)和DSS(疾病特异性存活率，图3B)方面具有显著的价值。在BRCA、CHOL、COAD、HNSC、LGG、LIHC、LUAD、SARC和SKCM中，CD147升高与OS缩短有关(图3C)。而在ACC、KICH、KIRC、KIRP、UCEC中，CD147的增加与更长的OS相关(图3C)。此外，CD147的过表达与BRCA、HNSC、LGG、LIHC、LUAD、READ、SARC、SKCM和THCA的DSS降低有关，而与ACC、DLBC、KIRC、KIRP、UCEC的DSS延长有关。
为了阐明CD147在泛癌TME中与免疫细胞的关系，作者应用了TIMER (图4A)、EPIC(图4B)、QuanTIseq(图4C)、MCP-Counter(图4D) 等免疫细胞定量算法。作者发现，在BRCA、KIRC、KRIP、PRAD和SKCM中，CD147升高与CD4+T细胞、CD8+T细胞、中性粒细胞、B细胞和巨噬细胞呈显著正相关(图4A、B、D)。 在BLCA、BRCA、COAD、GBM、KIRC、PRAD、LIHC、PRAD、LUAD、STAD和SKCM中的巨噬细胞与M1或M2巨噬细胞显著相关(图4C)。
此外，作者还发现CD147与COAD、DLBC、ESCA、HNSC、KIRC、KIRP、LIHC、LUSC、SKCM、和 STAD呈正相关，而与TGCT的微卫星不稳定性(MSI)呈负相关(图5A)。CD147与COAD、ESCA、GBM、KIRP、LGG、PAAD、STAD、胸腺瘤(THYM)和UCEC的肿瘤突变负荷(TMB)呈正相关(P<0.05)，而与LAML的TMB负相关(图5B)。然后作者探讨了CD147的表达与经典免疫检查点的关系，如SIGLEC15、TIGIT、CD274、HAVCR2、PDCD1、CTLA4、LAG3和PDCD1LG2(图5C)，这表明这些免疫检查点中的大多数与CD147的表达水平密切相关，特别是在BLCA、GBM、KIRC、PAAD、PRAD、LUSC、SKCM和THCA。综上所述，CD147在泛癌的免疫侵袭中起重要作用，可能成为肿瘤治疗的新的免疫治疗靶点。
根据GSVA计算的GO项，CD147与各种癌症中的免疫相关途径呈负相关，特别是在BRCA、GBM、KIRC、KRIP、PRAD、SKCM和THCA中(图6A)。有趣的是，这些通路大多与成纤维细胞、T细胞和巨噬细胞激活和增殖有关。同时，作者发现前三个负富集途径是阿尔茨海默病、亨廷顿病、帕金森病、谷胱甘肽代谢和丙酮酸代谢（图6B），而前四个正富集途径是基于KEGG的 ABC转运蛋白项（图6C）。根据HALLMARK术语，糖酵解、MYC靶点和氧化磷酸化是前三个负富集途径（图6D），而前四个正富集途径是KRAS信号传导、精子发生、胆汁酸代谢和同种异体移植排斥（图6E）。
然后，作者研究了CD147在几种癌症类型的肿瘤和基质细胞上的表达，包括GBM(图7A)，hNSC(图7B)，KIRC(图7C)，LUAD(图7D)，PRAD(图7E)，CHOL(图7F)等。
此外，作者还使用多重免疫荧光染色验证了CD147与巨噬细胞(CD68)和M2巨噬细胞(CD163)在这些癌细胞中的共表达，其中CD68标记为红色，CD163标记为绿色，CD147标记为紫色，DAPI标记为蓝色。结果表明，CD147在WHO III级胶质瘤中的表达高于WHO II级胶质瘤(图8A)。GBM组织多重免疫荧光染色数据显示CD147在M2巨噬细胞高表达(图8B)。作者在UTUC癌组织和正常组织中发现了大量CD163阳性细胞(图8C)。此外，作者还发现CD147在BLCA(图8D)、LSCC(图8E)、THCA(图8F)、CESC(图8G、H)、PSCC (图8I)和TGCT(图8K)中的表达高于正常组织。Gleason评分较高的PRAD样本的CD147水平低于Gleason评分较低的样本(图8L)。有趣的是，CD147主要表达在BLCA、LSCC、CESC、PSCC、TGCT和PRAD的CD163+M2巨噬细胞上。此外，CD147在UTUC、THCA、BLCA、CESC、OPV和OV的CD68+巨噬细胞上也有表达(图8J)。
最后，为了充分发掘CD147作为泛癌新免疫靶点的潜在价值，作者基于CD147的表达预测了免疫治疗的反应和敏感药物(图9) 值得注意的是，CD147可以显著预测4个小鼠免疫治疗队列中的免疫治疗反应，其中应答者的CD147水平更有可能升高(图9A)。作者还根据CD147对人类免疫治疗队列免疫治疗反应的预测能力，通过将其与标准化生物标记物进行比较，计算了CD147的生物标记物相关性。作者发现在25个免疫治疗队列中有12个队列的CD147的AUC超过0.5 (图9B)。根据GDSC数据集，CD147水平与药物敏感性之间的相关性表明，甲氨蝶呤、TPCA-1(IKK-2抑制剂)和PAC-1(第一酶原激活化合物)与CD147表达正相关 (图9C)。相反，博莱霉素、17-AAG（一种Hsp90抑制剂）和多西他赛与CD147表达负相关 (图9C)。根据CTRP数据集，CD147水平与药物敏感性之间的相关性表明，LRRK2-IN-1(LRRK2的选择性的抑制剂)、PRIMA-1(突变型P53激活因子)和Tacedinaline (HDAC的抑制剂)与CD147表达正相关 (图9D)。这些结果证明了CD147在泛癌中的免疫治疗价值。更重要的是，作者还预测了用于治疗的靶向和小分子药物，为以CD147为靶点的泛癌免疫治疗提供方向。
全文总结
本文是一篇结合了bulk和单细胞测序的单基因泛癌文章，然后，作者利用多重免疫荧光染色技术检测CD147在泛癌组织中的共表达。最后，对基于CD147表达的免疫治疗反应和敏感小分子药物进行了预测。总之，这篇文章证明在多种癌症类型中，CD147与临床结局和免疫浸润密切相关。抑制CD147依赖的信号通路可能是肿瘤免疫治疗的一种有效的有前途的治疗策略。
参考文献：
1. Zhang J, Wang Z, Zhang X, et al. Large-Scale Single-Cell and Bulk Sequencing Analyses Reveal the Prognostic Value and Immune Aspects of CD147 in Pan-Cancer. Front Immunol 2022;13:810471.doi:10.3389/fimmu.2022.810471 .
