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免疫原性细胞死亡基因风险模型的建立及其对肝细胞癌预后和肿瘤微环境特征的预测价值

刘军 汪玲 姜钰环 王靖芝 李慧明

引用本文:
Citation:

免疫原性细胞死亡基因风险模型的建立及其对肝细胞癌预后和肿瘤微环境特征的预测价值

DOI: 10.12449/JCH241218
基金项目: 

江西省教育厅重点项目 (GJJ210135);

江西省教育厅项目 (GJJ200147);

江西省中医药科技项目 (2022B966)

伦理学声明:本研究方案于2024年3月4日经由南昌大学第一附属医院伦理委员会审批,批号:(2024)CDYFYYLK(03-004),所纳入患者均签署知情同意书。
利益冲突声明:本文不存在任何利益冲突。
作者贡献声明:李慧明、刘军负责分析数据并撰写论文;汪玲负责研究整体的设计;姜钰环、王靖芝负责试验数据统计。
详细信息
    通信作者:

    李慧明, hmingl2321@163.com (ORCID: 0000-0001-8297-2724)

Establishment of a risk model based on immunogenic cell death-related genes and its value in predicting the prognosis and tumor microenvironment characteristics of hepatocellular carcinoma

Research funding: 

Key Projects of Jiangxi Provincial Department of Education (GJJ210135);

Jiangxi Provincial Department of Education (GJJ200147);

Jiangxi Traditional Chinese Medicine Science and Technology Plan Project (2022B966)

More Information
    Corresponding author: LI Huiming, hmingl2321@163.com (ORCID: 0000-0001-8297-2724)
  • 摘要:   目的  鉴定肝细胞癌(HCC)免疫原性细胞死亡(ICD)相关基因,并基于相关基因构建评分模型预测HCC的预后和肿瘤微环境特征。  方法  通过癌症基因组图谱数据库获取HCC数据集,采用热图展示了HCC中57个ICD相关基因的表达。基于ICD相关基因表达进行聚类分析,对2种ICD相关亚型(ICD低表达组和ICD高表达组)进行基因本体富集、京都基因和基因组百科全书富集、体细胞突变差异、免疫细胞浸润差异分析。构建LASSO Cox回归风险预后模型,验证其临床应用价值。构建列线图模型,预测患者1、3和5年的生存率。此外,采用qRT-PCR验证模型中关键基因的表达水平。两组间比较采用成组t检验,采用单因素和多因素Cox回归分析确定临床病理特征中的预后因素。采用Kaplan-Meier生存曲线进行预后分析。采用Spearman秩相关进行相关性分析。  结果  ICD低表达组预后较差,ICD高表达组与良好的临床结果相关(P=0.004)。进一步研究表明ICD高表达组与免疫活性微环境相关,且ICD高表达组的基因主要富集于免疫相关通路(免疫球蛋白受体结合、造血细胞谱系和B淋巴细胞受体信号通路)。体细胞突变结果显示,ICD高表达组的CD274、CTLA4、HAVCR2、TIGIT、PDCD1和PDCD1LG2的基因表达水平较高(P值均<0.05)。利用8个ICD相关基因(HSP90AA1、ATG5、BAX、PPIA、HSPA4、TLR2、TREM1、LY96)建立风险预后模型,该模型在不同临床特征中均有较好的预测价值。单因素和多因素Cox回归分析表明,在训练集中,年龄和风险评分是总生存期的独立预后因素(P值均<0.05)。qRT-PCR结果表明,HSPA4和REM1在HCC肿瘤样本中的相对表达水平显著高于瘤旁组织(P值均<0.001)。ICD风险评分升高的患者与γδT淋巴细胞(r=-0.29)、浆细胞(r=-0.3)和CD8+T淋巴细胞(r=-0.37)呈负相关(P值均<0.05),与记忆B淋巴细胞(r=0.38)、静止树突状细胞(r=0.47)和M0型巨噬细胞(r=0.49)呈正相关(P值均<0.05)。  结论  本研究确定了与HCC预后相关的ICD基因,为理解不同ICD表达谱相关的免疫特性提供了见解。构建的风险模型和列线图对于预测HCC患者的预后预测和免疫治疗指导具有重要的价值。

     

  • 图  1  ICD低表达组和高表达组分组确定、基因表达热图及预后分析

    注: a,一致性聚类累积分布函数曲线;b,Delta面积图评估不同k值下的聚类稳定性;c,最显著累积分布变化的聚类数目图;d,不同ICD基因表达组热图;e,不同ICD基因表达组患者预后分析。

    Figure  1.  Group determination, gene expression heatmap, and prognostic analysis of low and high ICD expression groups

    图  2  ICD高表达组DEG和信号通路的分析

    注: a,上调基因的GO分析的气泡图;b,上调基因KEGG富集分析的气泡图;c、d,ICD高表达组GSEA分析图。

    Figure  2.  Analysis of differentially expressed genes and signaling pathways in the high ICD expression groups

    图  3  不同ICD组体细胞突变的比较

    注: a,ICD高表达组的体细胞突变分析;b,ICD低表达组的体细胞突变分析。

    Figure  3.  Comparison of somatic mutations in different ICD groups

    图  4  不同ICD组中免疫细胞浸润和免疫微环境的评估

    注: a,不同ICD组间免疫评分的比较;b,不同ICD组间基质评分的比较;c,不同ICD组间肿瘤纯净度的比较;d,不同ICD组间免疫细胞含量的比较;e,不同ICD组间免疫检查点的比较;f,不同ICD组间HLA的比较。*P<0.05,**P<0.01,***P<0.001。

    Figure  4.  Evaluation of immune cell infiltration and immune microenvironment across different ICD groups

    图  5  ICD相关预后基因标记的构建和验证

    注: a,14个ICD相关预测基因对Cox单变量回归结果的森林图;b,8个ICD相关预后基因的LASSO图;c,HCC患者最佳LASSO模型参数λ的选择;d,高、低风险组患者在训练集合中的Kaplan-Meier生存曲线;e,高、低风险组患者在验证集合中的Kaplan-Meier生存曲线;f,训练集风险评分;g,验证集风险评分;h,训练集OS分布;i,验证集OS分布。

    Figure  5.  Construction and validation of ICD-related prognostic gene markers

    图  6  列线图的构建与评价

    注: a,临床病理因素与HCC患者OS之间的关系的单因素分析;b,临床病理因素与HCC患者OS之间的关系的多因素分析;c,临床特征和风险评分构建的列线图(远处转移、淋巴结侵犯、肿瘤大小对应TNM分期中的T、N、M);d,训练和验证队列中列线图预测概率和实际生存率的校准图。

    Figure  6.  Construction and evaluation of the Nomogram

    图  7  qRT-PCR检测不同组织HSPA4、TREM1 mRNA 的相对表达水平

    Figure  7.  Real-time quantitative PCR detection of relative expression levels of HSPA4 and TREM1 mRNA in different tissues

    图  8  ICD风险评分与肿瘤微环境细胞的相关性

    Figure  8.  Correlation between ICD risk score and tumor microenvironment cells

    表  1  57个ICD相关基因

    Table  1.   57 ICD-related genes

    基因
    ENTPD1、NT5E、CALR、HMGB1、HSP90AA1、ATG5、BAX、CASP8、CASR、TLR3、TLR7、TLR9、CLEC4E、CLEC7A、DDX58、IFIH1、CGAS、IL1A、IL33、ROCK1、PANX1、BCL2、PPIA、HSPA4、TLR2、AIM2、AGER、TREM1、FPR1、FPR2、P2Y2R、P2Y6R、P2Y12R、IFNA1、CASP1、IL1R1、IL1B、NLRP3、P2RX7、LY96、MYD88、PDIA3、EIF2AK3、PIK3CA、FNB1、CXCR3、IL10、IL6、TNF、TLR4、FOXP3、IFNG、IFNGR1、IL17A、IL17RA、PRF1、HMGN1
    下载: 导出CSV

    表  2  HSPA4和TREM1基因的正、反向引物

    Table  2.   Forward and reverse primers for HSPA4 and TREM1 genes

    名称 序列
    HSPA4 正向引物:5'-ACCAGGACACTGTTGAGTTC-3'
    反向引物:5'-ACTCATCTCCGAGTTCACAC-3'
    TREM1 正向引物:5'-TGCGGTTGTTTCCTCTCCTGGTCTTG-3'
    反向引物:5'-TGTGAAATAGACACCGCTGAAGGTC‑ACT-3'
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-04-23
  • 录用日期:  2024-07-10
  • 出版日期:  2024-12-25
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