基于免疫特征的宫颈鳞癌亚型与HPV16的表达、分子特征和临床预后密切相关
Immune Signature-Based Subtypes of Cervical Squamous Cell Carcinoma Tightly Associated with Human Papillomavirus Type 16 Expression, Molecular Features, and Clinical Outcome
2019，May Neoplasia IF=3.837
摘要
子宫颈癌内普遍存在异质性，通常被人乳头瘤病毒（HPV）感染。 但是，宫颈癌的最常见组织学亚型，宫颈鳞状细胞癌（CSCC），就其异质性与HPV癌蛋白表达之间的关联而言，其特征尚不明确。 我们仅过滤掉138例HPV16感染的CSCC样本； 然后我们将HPV16 E6 / E7表达压缩为HPVpca，并基于监督聚类将HPVpca与CSCC的免疫学分析相关联，以发现亚型，并在HPVpca水平，途径活性，表观遗传异常，体细胞突变频率， 以及对化学/免疫疗法有反应的可能性。 免疫标记的监督聚类揭示了与HPVpca和临床结果相关的两种HPV16亚型（即HPV16-IMM和HPV16-KRT）。 HPV16-KRT的特征是在角质化，生物氧化和Wnt信号传导中基因表达升高，而HPV16-IMM具有强大的免疫反应和间充质特征。 HPV16-IMM在FBXW7处表现出更多的表观遗传沉默和显着突变，而对于HPV16-KRT，MUC4和PIK3CA经常发生突变。 我们还推测，HPV16-IMM对化学/免疫疗法的敏感性比HPV16-KRT高得多。 我们的表征将HPV16 E6 / E7的表达与CSCC的生物学和临床结果紧密联系在一起，从而提供了有价值的分子水平信息，可指示解码异质性。 这些结果共同揭示了被HPV16感染的CSCC的分层，将有助于指导患者的个性化管理和治疗。
文章结构
TCGA-CESC
患者和样本
TCGA-CESC（304个肿瘤样品和3个正常样品的307个样品）
甲基化数据：Xena 的Infinium 450K，具有312个肿瘤样品
从Firehose（http://www.firehose.org/）获得344例具有充分临床和病理学信息的患者，并选择252例具有组织学类型的CSCC的患者作为研究对象。（链接打不开了）
数据处理
①编码蛋白质的mRNA在GENCODE27中注释，以生成基因符号名称
②计算数据归一化：DESeq包+varianceStabilizingTransformation函数来转换计数数据
③低表达过滤：至少10％的样品中仅保留标准化计数等于或大于1的mRNA用于下游分析。
从RNA序列检测病毒：VirusSeq算法
Fig1
图1 样品选择概述。
（A） 检测到的HPV类型的饼图
（B）组织学类型分布的饼图。所选138份样本为确诊为CSCC并感染HPV16的样本。
Fig 2
图2：高度相关的癌蛋白E6和E7与临床结果相关。
(A)森林图仅显示HPV16 E6/E7表达影响患者总体生存。
单变量Cox回归分析，以确定七种检测到的HPV16癌蛋白是否影响患者预后。R包forestplot
(B)成对HPV16癌蛋白的Pearson相关系数。R包circlize
(C)高水平的HPVpca提示预后良好。
在最佳切割点下，将样本分为两个子集：97个样本的HPVpca表达水平较高的HPV16-H子集和41个样本的表达水平相对较低的HPV16-L子集。HPV16-H的生存期优于HPV16-L
R包survival
差异表达分析确定了360个差异表达基因，与HPV16-H相比，包括161个上调和199个下调的差异表达基因。
Fig3
图3：基于监督聚类的免疫特征揭示了与临床结果相关的两种HPV16亚型。
(A)138个CSCC样本的20个免疫标记的热图区分了亚型之间的两种免疫模式。
箱型图显示了(B)适应性免疫特征，(C)先天免疫特征和(D)其他免疫成分中亚型之间的不同富集水平。
E6-抑制基因和诱导基因计算的E6活性进行了比较，并在(E)和(F)中提出。
Kaplan-Meier曲线显示各亚型之间(G)总生存率和(H)无进展生存率的差异。
C1亚型（HPV16-IMM）和C2亚型（HPV16-KRT）对适应性免疫特征和先天免疫特征表现出较高的富集水平，对淋巴管和SW480癌细胞表现出较低的富集水平。 HPV16癌蛋白（E1，E2，E5，L1，L2）在C1和C2之间差异表达不显著，使用已发表的文献，计算每个样品的E6活性评分，以量化E6和E7活性。C1中的E6分数明显更高，表明E6活性升高。C1亚型比C2亚型具有更好的预后，且复发率更低。
Fig4
图4：HPV16亚型之间的差异调控基因和通路。
(A)在预测的上皮-间充质转化状态中具有不同富集的亚型之间的显著差异表达基因的热图。
(B)火山图显示了感兴趣的途径中具有代表性的基因。
(C)“KEGG”分析表明，免疫相关途径和TNF信号在HPV16-IMM亚型中富集，而Wnt信号在HPV16-KRT亚型中富集。
(E)通过对来自GSEA的感兴趣途径进行单样本基因集富集分析计算的富集水平热图及其(F)中相应的GSEA曲线图。
C1亚型富含免疫相关细胞（例如T细胞，B细胞，淋巴细胞，炎症反应和趋化因子）或途径（例如程序性细胞死亡蛋白1信号传导和细胞黏附）， C2亚型富含角质形成细胞分化，生物氧化，一些代谢过程（例如激素和蛋白聚糖）和视黄酸途径。
Fig5
图5.基于DNA甲基化的HPV16-IMM亚型的重要免疫浸润和HPV16亚型间体细胞突变的差异
在（A）基于甲基化的免疫浸润评分，（B）肿瘤突变负担和（C）预测的新抗原数量方面，HPV16亚型之间的表观遗传和遗传改变。
（D）Oncoprint显示了MutSigCV检测到的SMG和其他亚型之间其他差异突变基因的体细胞突变情况。
Fig6
图6.差异性的化学治疗和免疫治疗反应。
（A）对于基于HPVpca的HPV-H和HPV-L，对于HPV16-IMM对抗PD-1治疗有更大的希望（利用TIDE和GenePattern网站的submap算法预测单个样本或者亚型对免疫治疗的响应可能性。）
（B）对于HPV16-IMM和HPV16-KRT，显示了顺铂和吉西他滨的估计IC50箱形图。
（C）子图分析表明，HPV16-IMM对程序性细胞死亡蛋白1抑制剂可能更敏感
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