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研究概述：
AIM2炎症小体可以识别异常的细胞质双链DNA（dsDNA），并诱导细胞因子成熟、释放和热化。一些研究发现，AIM2炎症小体是许多癌症的双刃剑，但对泛癌中的AIM2炎症体的研究较少。本研究使用癌症基因组图谱（TCGA）数据库和基因型组织表达（GTEx）数据库分析基因表达，使用生存曲线来探索AIM2炎症小体在泛癌中的预后意义，还全面分析了AIM2炎症小体相关基因（AIM2i-RG）的突变和甲基化。作者使用单样本基因集富集分析计算AIM2炎症小体评分，并探索AIM2炎症小体评分与免疫相关基因和免疫浸润的相关性，在单细胞水平上分析了AIM2炎症小体在泛癌中的作用，使用单细胞转录组测序（scRNA-seq）数据来评估AIM2炎症小体在肿瘤微环境中的激活状态。
研究结果：
一、AIM2相关基因在泛癌中的差异表达及其对预后的影响**
1. AIM2i-RGs的表达在不同肿瘤中有所不同，这表明AIM2i-RG的表达模式是肿瘤特异性的（图1A）。
2. 对33个肿瘤的AIM2i-RGs进行差异表达分析，发现PYCARD在膀胱尿皮癌（BLCA）、乳腺侵袭癌（BRCA）、宫颈鳞状细胞癌和宫颈腺癌（CESC）、结肠腺癌（COAD）、食管癌（ESCA）、多形胶母细胞瘤（GBM）、KIRC、肾肾乳头状细胞癌（KIRP）、急性髓细胞白血病（LAML）、脑下级胶质瘤（LGG）、肝肝肝癌（LIHC）、胰腺腺腺腺癌（PAAD）、直肠腺癌（READ）、胃腺癌（STAD）、睾丸生殖细胞肿瘤（TGCT）、甲状腺癌（THCA）和子宫内膜子宫内膜癌（UCEC）（P < 0.05）。相比之下，CASP12在CESC、COAD、ESCA、KIRP、前列腺癌（PRAD）、READ、皮肤皮肤黑色素瘤（SKCM）、STAD和TGCT中的表达要高得多，在BLCA、BRCA、淋巴样肿瘤弥漫性大B细胞淋巴瘤（DLBC）、KIRC、肺腺癌（LUAD）、肺鳞状细胞癌（LUSC）、卵巢浆囊腺癌（OV）、PAAD、THCA、胸腺瘤（THYM）、UCEC和子宫癌肉瘤（UCS）中的表达较低（P< 0.05）。AIM2在DLBC、LAML、LUAD、LUSC和PRAD中的表达要高得多，在BLCA、BRCA、CESC、COAD、ESCA、GBM、头颈鳞状细胞癌（HNSC）、KIRC、LGG、OV、PAAD、SKCM、STAD和THYM中的表达率较低（P< 0.05）（图1B）。
3. PYCARD的高表达在BRCA、STAD和Uveal黑色素瘤（UVM）中预后良好，是患者的保护因素。PYCARD的高表达显示KIRC、KIRP和LGG的预后不良，是患者的危险因素。CASP12的高表达在GBM、HNSC、KIRC、PAAD和SKCM中显示出良好的预后。CASP12的高表达在KIRP、STAD和UVM中显示预后不良。AIM2的高表达在BLCA、OV和SKCM中预后良好。AIM2的高表达在KIRC、KIRP和UVM中预后不佳。CASP1的高表达在MESO和STAD中预后良好。CASP1的高表达在LAML、LGG、LIHC和THYM中预后不佳。CASP4的高表达在MESO中预后良好。CASP1的高表达在GBM、KIRC、LGG、LIHC、LUSC、PAAD中预后不佳（图1C）。
二、AIM 2i-RG及其基因突变分析
1.对于CASP12, Het扩增是DLBC、UVM、LGG和肾嫌色细胞(KICH)中CNV的主要类型。Het缺失在READ、STAD、LUSC、UCEC、LIHC、THYM、BRCA、胆管癌(CHOL)、ESCA、肾上腺皮质癌(ACC)、BLCA、GBM、UCS、肉瘤(SARC)、HNSC、CESC、嗜铬细胞瘤和副神经节瘤(PCPG)、SKCM和TGCT中是CNV的主要类型。对于AIM2, Het扩增是大多数肿瘤中CNV的主要类型，而Het缺失是仅在KICH中AIM2中CNV的主要类型(图2A)。1. CASP1的表达与STAD、KIRP、TGCT、THYM、LUAD、CESC、BLCA、LUSC、PAAD、ESCA、OV、SKCM、BRCA和HNSC中的CNV呈正相关（图2B）。AIM2的表达与KIRP、KIRC、KICH、THYM和CESC中的CNV呈正相关，在LIHC、STAD、LUAD、PAAD、SKCM、BRCA和HNSC中的CNV呈负相关（图2B）。
2. CASP1在UCEC中单核苷酸变体（SNV）的百分比更高（32%）。AIM2在UCEC、SKM、LUSC、COAD、STAD、LUAD和OV中的SNV比例更高，其中AIM2在UCEC中占SNV的比例最高（21%）。CASP4在UCEC、SKM、LUSC、COAD、STAD和LUAD中的SNV比例更高，其中CASP4在UCEC的SNV中所占比例最高（19%）。一般来说，PYCARD在泛癌基因变体中的SNV比例很低，在UCEC中最高为3%的SNV（图2C）。错义突变是泛癌上述五个基因最常见的单核苷酸多态性（SNP）（图2D），其中CASP1占SNP的最高百分比，为39%。剩余的基因是AIM2（33%）、CASP4（29%）、PYCARD（9%）和CASP12（7%）（图2D）。
三、AIM2i-RGs在泛癌中甲基化的差异分析
1.在14个肿瘤中，AIM2在12个肿瘤（PRAD、ESCA、UCEC、KIRP、COAD、BLCA、LIHC、LUAD、LUSC、HNSC、KIPC和BRCA）中的甲基化水平较低，另一方面，AIM2只有一个肿瘤（THCA）的甲基化水平较高。PYCARD在PRAD、THCA、UCEC、COAD、BLCA和LUAD中甲基化水平高，PAAD、ESCA、LIHC、HNSC、KIRC和BRCA甲基化水平低（图3A）。
2.AIM2的表达与SKCM、THCA、LUAD、ACC、COAD、BLCA、TGCT、LGG、KIRP、BRCA、直肠腺癌、食管癌（READ）、LUSC、SARC、KIRC、LIHC、STAD、LAML、HNSC、CESC、UVM、ESCA、间皮瘤（MESO）、UCEC、PRAD、PAAD、KICH、PCPG、淋巴样肿瘤弥漫性大B细胞淋巴瘤（DLBC）、THYM和CHOL中的甲基化呈负相关。PYCARD的表达与SKCM、THCA、LUAD、ACC、COAD、BLCA、TGCT、LGG、KIRP、BRCA、READ、LUSC、SARC、KIRC、LIHC、STAD、LAML、HNSC、CESC、UVM、ESCA、MESO、UCEC、PRAD、PAAD、KICH、GBM、PCPG和THYM中的甲基化呈负相关。CASP1的表达与SKCM、THCA、LUAD、ACC、COAD、BLCA、TGCT、LGG、KIRP、BRCA、READ、LUSC、SARC、KIRC、LIHC、STAD、LAML、HNSC、CESC、UVM、ESCA、UCEC、PRAD、PAAD、KICH、GBM、PCPG、UCS和CHOL中的甲基化水平呈负相关（图3B）。
四、AIM2i-RG的药物敏感性分析
CASP4、PYCARD、CASP1和AIM2的表达与对AUY922、Bosutinib、二甲基草甘氨酸（DMOG）和Z-LNle-CHO的药物敏感性呈负相关（图4）。
五、AIM2表达的免疫组织化学验证
我们使用免疫组织化学检查了114对结直肠癌与癌旁中AIM2的表达，并表明AIM2在结直肠癌中的表达率明显较低（图5A、B）。生存分析表明，低AIM2组结直肠癌患者的OS明显低于高表达组（图5C）。
六、AIM2炎症小体评分的评分表达及其与分期的相关性
1. 作者基于ssGSEA算法构建了一个AIM2炎症小体评分，以全面评估AIM2炎症体的状态，探讨AIM2炎症小体评分与AIM2i-RG之间的联系，结果表明，AIM2炎症小体评分与AIM2i-RG显著呈正相关。此外，还能观察到AIM2i-RG之间存在显著的强烈相关性，这表明AIM2i-RG之间存在密切联系（图6A）。
2.癌症样本中的AIM2炎症小体评分明显高于正常样本，包括BLCA、CESC、COAD、DLBC、ESCA、GBM、HNSC、KIRC、KIRP、LAML、LG、LIHC、OV、PAAD READ、SKCM、STAD和TGCT（均P < 0.05）。BRCA、LUAD、LUSC、PRAD、THYM和UCS中的AIM2炎症小体分数低于正常样本（图6B）。
七、AIM2炎症体评分在肿瘤中的预后意义
使用单变量Cox回归分析探讨AIM2炎症小体评分的预后意义。OS结果表明，AIM2炎症小体的高评分在ACC、BLCA、BRCA、CHOL、LIHC、LUAD、MESO、READ、SARC、STAD和THCA中具有良好的预后，并且是患者的保护因素。AIM2炎症小体的高评分显示KIRC、LAML、LGG、LUSC、PAAD、THYM、UCS和UVM的预后不良，是患者的危险因素（图7A）。DSS结果表明，高AIM2炎症小体评分在ACC、BLCA、CHOL、LIHC、LUAD、MESO、SARC、SKCM、STAD、THCA和UCS中显示出良好的预后，是患者的保护因素。AIM2炎症小体的高评分显示KIRC、LGG、LUSC、PAAD、UCEC和UVM的预后不佳，是患者的危险因素（图7B）。PFI结果表明，AIM2炎症小体的高评分在ACC、BLCA、BRCA、CHOL、COAD、LIHC、LUAD、LUSC、MESO、READ、SKCM、STAD、TGCT和THCA中显示出良好的预后，是患者的保护因素。AIM2炎症小体的高评分显示GBM、KIRC、KIRP、LGG、PAAD、PRAD、THYM和UVM的预后不佳，是患者的危险因素（图7C）。
八、AIM2炎症小体评分在单细胞水平上的功能分析
AIM2炎症小体得分与ALL、AML、CML、HNSCC和MEL中的凋亡呈正相关，与UM中的凋亡呈负相关。AIM2炎症体评分与AML、BRCA、NSCLC、PC和RB的炎症呈正相关，并与CML、MEL和UM的炎症呈负相关。AIM2炎症体评分与AML、CML、HNSCC和NSCLC的转移呈正相关，并与LUAD和UM的转移呈负相关（图8）。
九、AIM2炎症体评分与肿瘤纯度的相关性
1.作者检查33个肿瘤的AIM2炎症小体评分与肿瘤浸润免疫细胞之间的相关性，发现AIM2炎症体评分与大多数肿瘤的T细胞滤泡辅助、自然杀伤（NK）细胞激活、巨噬细胞M2、T细胞CD8和巨噬细胞M1浸润水平呈显著正相关。此外，AIM2炎症体评分显示与ACC、BLCA、LGG、LIHC、PRAD、SARC、TGCT、THCA和THYM中的T细胞CD4天真的浸润水平呈负相关（图9）。
2.AIM2炎症小体评分与GBM、PRAD、ESCA、CESC、MESO、OV、UCEC、PAAD、SARC、COAD、LUAD、BLCA、KIRP、BRCA、STAD、LUSC、TGCT、LIHC、THYM、SKCM CHOL、LAML、KICH、UVM、KIRC、READ、UCS、THCA、LGG、ACC、HNSC、DLBC和PCPG中的免疫细胞浸润水平呈正相关（图10A）。AIM2炎症小体评分与PCPG、ACC、KICH、LGG、CHOL、PRAD、KIRP、LUSC、UCS、LUAD、BRCA、PAAD、GBM、THYM、STAD、LIHC、SARC、THCA、KIRC和COAD中的基质细胞评分呈正相关。AIM2炎症小体评分与CESC、HNSC和LAML的基质细胞评分呈负相关（图10B）。AIM2炎症小体评分与TGCT、PCPG、LGG、THCA、KICH、ACC、KIRC、UCS、KIRP、UVM、CHOL、SARC、LUAD、GBM、LAML、LIHC、BRCA、PRAD、OV、STAD、MESO、LUSC、UCEC、PAAD、THYM、DLBC、CESC、SKCM、READ、BLCA、ESCA、COAD和HNSC中的肿瘤微环境评分呈正相关（图10C）。
十、AIM2炎症小体评分与免疫相关基因的相关性
1.AIM2炎症小体评分和ICG之间的相关性表明，在绝大多数肿瘤中，AIM2炎症小体评分与LGALS9、CD86、PDCD1LG2、HAVCR2、LAIR1、CD48、ICOS、PDCD1、TIGIT、CD27和LAG3的表达呈正相关，并与TNFSF9的表达呈负相关（图11A）。
2.作者又调查了AIM2炎症小体得分与23之间的相关性免疫抑制基因。AIM2炎症小体评分与大多数肿瘤中LGALS9、PDCD1LG2、HAVCR2、CD96、CD244、TIGIT、LAG3、PDCD1、CTLA4、IDO1和BTLA的表达呈正相关（图11B）。AIM2炎症小体评分与泛癌46个免疫激活基因之间的相关性结果表明，在绝大多数肿瘤中，AIM2炎症小体评分与KLRK1、CD27、TNFSF13B、CD86、CD48、TMIGD2、TNFRSF18、LTA、TNFRSF17、TNFRSF13B、TNFRSF4 CD40LG、CD28、CD70、KLRC1、CD80、TNFRSF9、IL2RA、TNFRSF8、C10orf54、TNFSF14、MICB、TMEM173、CD40和ENTPD1呈正相关（图11C）。
3.研究AIM2炎症小体评分与趋化因子及其受体基因的相关性，结果表明，AIM2炎症小体评分与绝大多数肿瘤中CCL5、CXCL13、CXCL11、CXCL9、CXCL10、CCL3、XCL2、CCL4、XCL1、CCL21、CCL8、CCL13、CCL22、CCL23和CCL19趋化因子基因的表达呈正相关，并与CCL11、CCL26和CXCL2的表达呈负相关（图11D）。AIM2炎症小体评分与CXCR3、CXCR6、CCR5、CCR2、CCR1、XCR1和CCR7趋化因子受体基因呈正相关，并在绝大多数肿瘤中与CXCR1、CX3CR1、CCR3和CCR8呈负相关（图11E）。
十一、AIM2炎症小体评分与免疫治疗反应标记的相关性（IM2炎症体）的相关性
1. AIM2炎症小体评分与GBM、UVM、PCPG、UCS、KICH、LGG、READ、HNSC、THCA、KIRC、SKCM、STAD、COAD、MESO、BRCA、SARC、CESC、LIHC、KIRP、PAAD、ESCA、BLCA、UCEC、PRAD、LUSC和OV中的肿瘤突变负荷（TMB）呈正相关（图12A）。因此，在大多数肿瘤中，AIM2炎症小体评分与TMB呈正相关。
2. 作者还分析了AIM2炎症小体评分与微卫星不稳定性（MSI）之间的相关性，发现在KIRC中，AIM2炎症体得分与MSI呈正相关。AIM2炎症小体得分与GBM、STAD、SARC、CESC、LIHC和TGCT中的MSI呈负相关（图12B）。
3. 通过对22个肿瘤的TIDE和AIM2炎症体分数的分析，可以观察到所有AIM2炎症小体分数与TIDE分数之间存在负相关，这在LAML、UCEC、OVM、SARC、UVM、OVR和BRCA中都很重要（图12C）。
十二、KIRC肿瘤微环境中AIM2炎症小体的单细胞转录组分析
1. 作者在两个内部KIRC样本上进行scRNA-seq。使用Seurat的QC后，用13124个高质量的单细胞转录组信息进行后续分析。基于t分布随机邻域嵌入（tSNE）算法的细胞聚类分析表明，上述细胞可以分为11个集群，即KIRC1、KIRC2、KIRC3、单核细胞1、单核细胞2、巨噬细胞、肥大细胞、内皮细胞、NK细胞、CD4+ T细胞和CD8+ T细胞（图13A）。此外，来自两个不同来源的KIRC样本的肿瘤细胞共享相同的集群（KIRC3）和唯一的集群（KIRC1和KIRC2）（图13B）。
2. 接下来作者使用ssGSEA来计算KIRC肿瘤微环境细胞的AIM2炎症小体评分，并比较不同细胞类型的AIM2炎症小体评分差异（图13C），发现不同细胞的AIM2炎症小体得分存在显著差异（图13D）。这些结果表明，AIM2炎症小体在KIRC肿瘤微环境的不同细胞中存在显著差异，针对AIM2炎症小体可能是调节肿瘤微环境的新突破。
研究总结：
在本研究中，作者对泛癌中的AIM2炎症小体进行了全面分析，发现AIM2炎症小体在各种甲基化肿瘤中异常表达，AIM2炎症小体与肿瘤发育和预后密切相关。此外，作者也发现AIM2炎症小体与免疫检查点和调节基因密切相关。这些结果表明，AIM2炎症小体在癌症类型之间似乎变化很大，并有可能成为新的治疗靶点。
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