最新10分生信分析，快来看看焦亡分型如何发经典老牌1区杂志，投稿到接收仅3个月。可重复！
最新研究证实，细胞毒性淋巴细胞可以依赖细胞焦亡杀死肿瘤细胞，提示细胞焦亡在免疫应答中起着重要作用。然而，焦亡对肿瘤微环境(TME)重塑和免疫治疗的影响尚不清楚。在这项研究中，作者分析了28个焦亡相关基因在泛癌组织和正常组织中的表达变化及其对基因组变化的影响。通过研究2214例膀胱癌样本确定膀胱癌中存在3种焦亡亚型，不同焦亡亚型的细胞浸润特征存在显著差异。随后，作者基于焦亡基因构建了一个称为PyroScore的评分模型，并证实PyroScore可以预测膀胱癌患者的预后、免疫表型对化疗的敏感性以及对免疫治疗的反应。研究表明，焦亡相关基因的表达失衡与泛癌基因组变异之间存在显著相关性，并在肿瘤微环境中起着重要作用。
发表杂志：Oncogene.
影响因子：9.862
关于肿瘤分型的生信文章，我们也解读过一些。
最新7.2分SCI，又见“免疫”分型，从投稿到接收不到一个月！
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研究背景
膀胱癌是泌尿系统最常见的恶性肿瘤，占我国泌尿生殖系肿瘤发病率的第一位。近年来肿瘤免疫治疗，尤其是免疫检查点抑制剂(ICI)的应用取得了极大成效，但不幸的是只有少数膀胱癌患者对ICBs有反应，其中抗PD-L1药物的不良反应发生率高达16%。许多研究已经证实，肿瘤细胞赖以生存的肿瘤微环境在免疫治疗反应性中起着关键作用，这取决于肿瘤浸润淋巴细胞(TIL)的数量。其中TIL含量低，对ICI反应不明显的肿瘤被称为“冷肿瘤”。细胞焦亡(Pyroptosis)又称细胞炎性坏死，是一种程序性细胞死亡，表现为细胞不断胀大直至细胞膜破裂，导致细胞内容物的释放进而激活强烈的炎症反应。细胞焦亡是机体一种重要的天然免疫反应，在抗击感染中发挥重要作用。
流程图
分析解读：
细胞焦亡相关基因的表达情况
①总结现有研究中28种细胞焦亡相关基因的数据。
②瀑布图显示泛癌组织中突变频率最高的10种细胞焦亡基因。
③比较泛癌组织样本中28种细胞焦亡因子的mRNA表达水平。
④比较泛癌组织中28种细胞焦亡因子的CNV差异。
⑤比较肿瘤样本和正常样本之间的基因甲基化变化。
结果：
下图A：细胞焦亡的分子调控机制及其在肿瘤免疫微环境和免疫治疗中潜在调控功能的模式图。
下图B：在1583个样本中，有1221个显示出焦亡突变，频率为77.13%。其中NLRP3显示出最高的突变频率(19%)，其次是NLRP9(15%)和CASP8(14%)。黑色素瘤(TCAG-SKCM)是最常见的突变类型。
下图C：GSDMC、GSDMA、CASP8、AIM2、ZBP1、PYCARD、GZMB、GZMA、CASP6和CASP4在多种癌组织中的表达水平较高。
下图D：气泡图显示了CNV和mRNA表达水平之间的相关性。红色表示正相关，蓝色表示负相关。
下图E：气泡图显示了28个细胞焦亡相关基因的甲基化与mRNA表达之间的相关性，基因甲基化水平与大多数癌症中的mRNA表达水平呈负相关。
下图F：TCGA-BLCA队列408例膀胱癌患者28个焦亡相关基因的突变特征；绿色表示共突变，棕色表示互斥突变。
下图G：TCGA-BLCA队列中408名膀胱癌患者中28种细胞焦亡相关基因的突变频率。
下图H：森林图显示TCGA-BLCA队列中28种焦亡相关基因的Cox回归分析结果。
膀胱癌细胞焦亡亚型的构建
①分析28个细胞焦亡基因之间的皮尔森相关系数对这些分子进行聚类，并分析膀胱癌和癌旁组织中细胞焦亡基因表达的变化。
②收集2212个膀胱癌样本并校正批次效应，采用无监督聚类分析识别膀胱癌的焦亡表型，从而对患者进行分类。
③分析3种细胞焦亡亚型之间的生存预后差异。
结果：
下图A：使用4种不同的颜色表示这28个相关基因。
下图B：在TCGA数据库中，GSDMD、GSDMB、CASP8、CASP5、CASP6、AIM2、PYCA2D和CPTP在膀胱癌组织中高度表达，而NLRP3、NLRP1和CTSG在癌旁组织中高度表达。
下图C：NLRP9、GSDMA在膀胱癌不同临床阶段存在显著差异。
下图：确定膀胱癌有3种焦亡亚型。
下图A-B：主成分分析(PCA)显示了(A)校正之前和(B)校正之后10个膀胱癌队列样本（8个GEO数据集、1个E-MTAB-4321数据集和1个来自TCGA数据库）中基因表达分布情况。
下图C：PCA表明28个细胞焦亡分子的表达代表了不同的细胞焦亡亚型。
下图D：热图显示了3种类型的细胞焦亡与膀胱癌类型之间的相关性，以及28种焦亡相关分子的表达差异。
下图E：Kaplan-Meier曲线显示在TCGA数据库中3种细胞焦亡亚型的存活率差异显著。
下图F：Kaplan-Meier曲线显示E-MTAB-4321数据库中3种焦亡亚型的存活率差异显著。
下图G：单变量和多变量Cox回归分析显示3种细胞焦亡亚型对总生存期(OS)的影响。
细胞焦亡对肿瘤免疫微环境的影响
①计算膀胱癌样本中免疫细胞浸润的水平。
②比较TME免疫亚型中免疫和基质成分的差异。
③分析细胞焦亡亚型之间的肿瘤免疫循环相关信号。
④比较3种亚型(1)免疫检查点、(2)抗原加工机制和(3)CD8 T效应子特征之间免疫相关基因组评分之间的差异。
结果：
下图A：热图显示3种细胞焦亡亚型中趋化因子、白细胞介素和其他细胞因子的mRNA表达变化。
下图B：热图显示3种细胞焦亡亚型中TME浸润细胞的频率和免疫评分。
下图C：3种细胞焦亡亚型的免疫组化病理染色图片。
下图D：Kruskal-Wallis检验评估不同焦亡模式下的TME相关分数。
下图A：热图显示3种细胞焦亡亚型中MHC复合物的mRNA表达变化
下图B：焦亡基因与免疫细胞浸润的相关性
下图C：Kruskal-Wallis检验评估不同焦亡模式下的TME相关分数，免疫评分和基质评分的差异。
细胞焦亡亚型的功能分析
①分析细胞焦亡亚型之间基因表达的差异，并探讨了相关信号通路的特征。
②比较了膀胱癌亚型的平均通路评分。
③比较细胞焦亡亚型中常见的10种致癌途径的富集分数。
④比较3种亚型之间的肿瘤突变负荷和拷贝数变异情况。
结果：
下图A：热图显示重要癌症信号通路中28种细胞焦亡基因的表达水平之间的相关性。
下图B：膀胱癌中28种细胞焦亡基因与重要癌症信号通路之间的相关性。实线代表激活，虚线代表抑制。
下图C：山形图显示了细胞焦亡亚型中膀胱癌特征通路评分的差异。
下图D：气泡图显示了3种细胞焦亡亚型中10个重要肿瘤信号通路的得分变化。
下图E：GSVA富集分析显示3种不同焦亡水平之间生物途径的激活状态。
下图F：GSEA富集分析3种细胞焦亡表型中特殊生物学途径的状态。
下图：功能分析结果。
下图：3种亚型之间的肿瘤突变负荷和拷贝数变异情况。
PyroScore的临床意义
①基于与焦亡相关的基因构建了一个称为PyroScore的评分模型，以测量膀胱癌患者的焦亡水平。
②将PyroScore与膀胱癌表型与TCGA数据库、E-MTAB-4321数据库之间的相关性进行了比较。
③分析PyroScore与免疫细胞浸润和免疫检查点基因表达水平的相关性。
结果：
下图A：Kruskal-Wallis检验显示3种不同焦亡水平下的PyroScore。方框中的线代表中位数；黑点代表异常值。
下图B：Kaplan-Meier曲线显示TCGA数据库中高低PyroScore之间的生存曲线存在显著差异。
下图C：Kaplan-Meier曲线显示E-MTAB-4321数据库中高低PyroScore之间生存曲线存在显着差异。
下图D：Sankey图显示了PyroScore和膀胱癌分类之间的相关性。
下图E：气泡图显示了PyroScore与免疫细胞浸润水平之间的相关性。
下图F：气泡图显示了PyroScore和TME分数之间的相关性。红色气泡表示正相关，蓝色表示负相关，颜色深度和气泡大小代表相关强度。
下图G：代表高低PyroScore组（TCGA数据库）之间病理性HE染色变化的图像。
下图H：Wilcoxon检验测量病理免疫表型之间PyroScore的差异。点代表每个样本的PyroScore值，上下两端代表值的四分位数范围。
下图：高低PyroScore组的临床相关性分析结果。
PyroScore预测膀胱癌对化疗和靶向治疗的反应
①分析细胞焦亡基因与耐药性之间的相关性。
②研究高PyroScore组和低PyroScore组与膀胱癌常见化疗药物靶点之间的表达差异。
结果：
下图：细胞焦亡基因与癌症药物敏感性。
PyroScore预测膀胱癌对免疫疗法的反应
①将IMvigor210队列中的患者分为高PyroScore组和低PyroScore组。
②分析细胞焦亡与膀胱癌免疫亚型和对抗PD-1/L1免疫疗法的反应性。
结果：
下图A：Kaplan-Meier曲线显示IMvigor210数据库的高PyroScore组和低PyroScore组之间的存活率存在显着差异。
下图B：Wilcoxon检验PyroScore抗PD-L1反应性变化。
下图C：堆叠直方图显示了高PyroScore和低PyroScore之间抗PD-L1反应性的差异。
下图D：Kruskal-Wallis测试PyroScore在3种细胞焦亡亚型中的水平。
下图E-F：Kruskal-Wallis检验免疫细胞(E)PD-L1表达和肿瘤细胞(F)PD-L1表达的PyroScore。
下图G：PyroScore与膀胱癌基因突变之间的相关性。
下图H：PyroScore和TMB对接受抗PD-L1免疫治疗的患者进行分层的Kaplan-Meier曲线。
下图I：抗PD-L1免疫治疗患者PyroScore的ROC曲线。
下图J：高低PyroScore组抗PD1和抗CTLA4免疫治疗反应的概率。
GSDMB和CASP6与膀胱癌免疫相关
①使用Kaplan-Meier曲线验证GSDMB和CASP6与膀胱癌预后的关联。
②检查GSDMB和CASP6在膀胱癌不同免疫类型中的空间分布，尤其是与免疫细胞定位和PD-L1表达的关系。
③GSDMB和CASP6与免疫检查点分子和免疫浸润细胞的关系。
结果：
下图A：Kaplan-Meier曲线显示TCGA数据库中高和低GSDMB和CASP6表达之间的生存状态存在显著差异。
下图B：免疫组织化学检测膀胱癌微阵列(TMA)队列中CASP6、GSDMB、CD8和PD-L1的表达。
下图C：免疫荧光检测膀胱癌微阵列(TMA)队列中CASP6、GSDMB、CD8和CK的表达。
下图：GSDMB与免疫检查点分子的表达和免疫细胞浸润水平密切相关。
小结：
在这项研究中，作者分析了28种细胞焦亡相关基因在泛癌中的表达差异及基因组甲基化和拷贝数变异情况。随后，作者整合了来自2214个膀胱癌样本的基因组信息研究细胞焦亡与肿瘤微环境和免疫浸润的关系。同时，作者建立了一个评分系统PyroScore以量化特定癌症中细胞焦亡基因的表达水平。结果显示，细胞焦亡在遗传和转录水平上具有高度异质性，并在肿瘤微环境和免疫治疗中发挥重要作用。