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研究概述：
唾液酸结合免疫球蛋白样凝集素(Siglecs)在肿瘤细胞上异常表达，已成为肿瘤微环境(TME)发展的重要调控分子。本文旨在弥补关于Siglec基因在不同癌症类型中的基因组改变、表达模式和临床意义的系统研究的空白。
研究人员在代表32种主要类型的10967个人类癌症样本中检查了涉及14个Siglec基因的分子改变，还在单细胞RNA测序(scRNA-seq)数据集上叠加了表达特征，增强了多种癌症中表达驱动簇的空间注释。此外，相关性分析显示：特定Siglec基因的表达值与患者的生存有关，并可赋予癌症免疫治疗的反应性。
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研究结果：
一、癌症中的Siglecs家族及其基因组改变
1. 如图1A所示，Siglecs家族的四个基因成员CD169、CD22、MAG、Siglecs -15高度同源。先前研究证明它们是所有哺乳动物的同源物，而其余11个Siglec基因被称为CD33相关的Siglecs，被认为是从CD33的复制进化而来的。
2. 着眼于TCGA中32种肿瘤类型(作为“泛癌队列”)的Siglec基因的基因组和转录组学数据的分子景观，使用cBioPortal工具和定义进行了突变和拷贝数变异(CNV)分析以在泛癌水平上识别Siglecs的基因组畸变。
3. 如图1B所示，分布图显示Siglecs变异频率和CNVs相对较低，7种癌症类型包含超过20%的基因组改变，15种癌症类型包含至少一个Siglecs基因超过10%的基因组改变。
二、不同癌症类型Siglecs的基因组学改变景观
1. 对于体细胞突变谱，在五种癌症类型中，超过20%的样本中存在Siglec基因的体细胞基因改变(图2A)。皮肤黑色素瘤(SKCM, 47%)、肺鳞状细胞癌(LUSC, 27%)、子宫内膜癌(UCEC, 24%)、肺腺癌(LUAD, 23%)和胃腺癌(STAD, 21%)的体细胞突变比例最高，而甲状腺癌(0.6%)和葡萄膜黑色素瘤(UVM, 1.3%)最低。
2. 所有Siglec基因的体细胞突变类型和位点差异很大，未观察到热点突变位点(图2B)。
3. Oncoprint表示(图2C)显示，肿瘤在一个类别中很少有一个以上的突变改变基因。SIGLEC1(6%)、CD22(4%)和SIGLEC10(4%)是最常见的突变基因，而SIGLEC15和SIGLEC16的突变频率< 0.5%。尽管拷贝数的变异频率和类型差异很大，但Siglec基因具有广泛的复发性染色体扩增(图2D)。
4. 在所有癌症类型中，子宫癌和卵巢癌(OV)的扩增频率最高(>10%)，可能是基因组不稳定所致。食管癌(ESCA)的缺失频率最高，以SIGLEC15的缺失为标志。CD22和MAG是多种癌症类型中拷贝数扩增最突出的两个基因，而SIGLEC15几乎是唯一频繁缺失的基因(图2E)。
三、Siglec基因在泛癌水平上的表达模式
1. 作者下载并分析了从所有Siglec基因的RNA-seq平台获得的mRNA表达值。与正常组织相比，Siglecs家族在肿瘤样本中的相对表达量在不同癌症类型中存在差异，与原发肿瘤相比，所有Siglec基因在转移样本中的表达都更高（图S1）。
2. 在无监督分层聚类分析(图3A)中可见这14个基因产生了由癌症类型主导的不同簇。
1）MAG基因表达价值独特，在多形性胶质母细胞瘤(GBM)、SKCM和OV中选择性高表达。
2）SIGLEC11、SIGLEC16、SIGLEC5、SIGLEC6、SIGLEC15、CD33和SIGLEC7基因在所有癌症类型中普遍低表达。
3）CD33和SIGLEC7基因在GBM和肉瘤(SARC)中选择性高表达。
4）SIGLEC15基因在SARC、UCEC和膀胱尿路上皮癌(BLCA)中选择性高表达。
5）与所有其他Siglec基因相比，SIGLEC9，SIGLEC14和SIGLEC8在泛癌水平上具有普遍的高表达值，但MAG仅在GBM中选择性高表达。
6）SIGLEC1和CD22在SKCM和OV中均高表达，而CD22在SARC和GBM中表达值较高。
3. 接下来在泛癌中调查了所有Siglec基因的共表达值，按癌症类型对共表达模式进行分组时，共出现了五个簇(C1、C2、C3、C4、C5)(图3B)。
C1富集STAD、SKCM和BLCA，C2富集UCEC、OV、SARC，C3富含胃肠道肿瘤(包括胰腺腺癌[PAAD]、ESCA、结肠腺癌[COAD]、直肠腺癌[READ])、宫颈鳞状细胞癌和宫颈内膜腺癌，其特征是Siglec基因共表达对数量较多，相关系数较低。
C4中唯一具有明显的Siglec基因共表达模式的癌症类型是GBM，这与上述基因表达模式一致。
C5由两种肺癌亚型LUAD和LUSC构成，该簇具有与Siglecs基因非常相似的共表达模式。
4. 为研究基因组改变与转录组学变化之间的联系，分别比较了各种基因突变和CNVs患者中Siglec基因的表达水平。当错义突变发生时，包括CD33、SIGLEC8和SIGLEC6在内的几个Siglec基因的表达发生改变，而更多的转录组学变化与CNV相关(图S2)。
5. 作者获取BRCA、COAD/READ和GBM的单细胞RNA测序数据和空间转录组学，根据位点中富集的细胞类型，对空间转录组学中的位点进行聚类和命名。(图3C)
在BRCA中，SIGLEC1、CD33和SIGLEC7在巨噬细胞富集区高表达，CD22、SIGLEC5和SIGLEC6在T细胞富集区高表达，SIGLEC10在这两个区域都高表达。
在COAD/READ中，所有检测到的Siglecs在巨噬细胞富集区均表达较高。
在GBM中，小胶质细胞和少突胶质细胞富集区高表达SIGLEC1、SIGLEC8和SIGLEC11，巨噬细胞富集区高表达CD22、CD33和SIGLEC7。
6. 为验证上述发现，采用反卷积算法xCell估算TCGA中BRCA、COAD/READ和GBM样本的细胞比例，并分析各细胞组与Siglec基因的相关性。结果表明，Siglec基因的表达水平与巨噬细胞高度相关，尤其是M1巨噬细胞(图S3)。
7. 这些结果表明，Siglecs基因广泛存在于各种癌症的TME巨噬细胞中，且在GBM小胶质细胞中表达较高，提示Siglecs可能通过调节肿瘤免疫和肿瘤相关巨噬细胞的极化来影响肿瘤进展并参与TME重建。然而，Siglec基因并不驱动免疫细胞与其他细胞的相互作用(图S4)。
四、Siglecs表达对总生存期和抗癌免疫应答的影响
1. 基于5年总生存时间的大型患者队列来确定泛癌研究中的生存相关性。
基因表达与较差的患者预后显著相关，与癌症类型无关，包括SIGLEC5、MAG和SIGLEC15。
但对于某些特定的癌症类型(LUAD和SKCM)， CD33、SIGLEC8和SIGLEC11可以作为患者生存的良好预后标志物。
2. 接下来利用肿瘤免疫功能障碍和排斥生物信息学平台(TIDE)，查询14个Siglec基因以寻找与免疫检查点阻断(ICB)协同作用的潜在治疗靶点。许多Siglec基因通过TIDE的基因优先级模块进行排序，使TME对ICB具有抗性(图4B)。
- 基于许多已发表的ICB患者队列进一步研究Siglecs表达是否与免疫治疗反应有关（图4C）.
在抗PD1（帕博利珠单抗或纳武利尤单抗）和抗CTLA4（伊匹木单抗）单克隆抗体联合治疗的黑色素瘤患者中，CD33、SIGLEC11和SIGLEC16表达水平升高。
在帕博利珠单抗或纳武利尤单抗应答的黑色素瘤患者中，SIGLEC1，CD22，SIGLEC10和SIGLEC16也更高。
此外，SIGLEC16与胃肿瘤队列中对帕博利珠单抗的反应有关。
这些结果表明，某些Siglec基因（如SIGLEC16）表达较高的初治患者往往对ICB更敏感。
研究总结：
本研究剖析了每个Siglec基因在组织和单细胞水平上的失调转录水平，这些基因具有独特的激活模式，并且相当一部分癌症显示出高活性而没有相关的典型基因组改变，表明了Siglecs家族的多种激活身份。该研究为开发增强免疫治疗的Siglecs药物抑制剂提供了强有力的理论依据。
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