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導(dǎo)讀：
患者的性別會影響癌癥的發(fā)生、發(fā)展和對治療的反應(yīng)。免疫治療的效果在很大程度上取決于腫瘤微環(huán)境(TME)，但性別如何塑造TME的特征仍不清楚。在這篇文章中，作者分析TCGA中1771名男性和1137名女性患者的19種癌癥的免疫滲透特征。以評估性別如何影響TME中的腫瘤突變負荷(TMB)、免疫評分、間質(zhì)評分、腫瘤純度、免疫細胞、免疫檢查點基因和相關(guān)功能通路。并且作者進一步研究肺腺癌，并尋找和驗證具有預(yù)后潛力的、性別特異性免疫細胞生物標記物。
結(jié)果解讀：
作者把重點放在至少有中度免疫滲透的原發(fā)癌癥樣本上。用CIBERSORT估計腫瘤免疫浸潤程度。用CIBERSORT p<0.05，作者從TCGA中獲得了19種癌癥類型，其中男性和女性樣本量充足(每個≥10)。癌癥類型包括膀胱尿路上皮癌(BLCA)、結(jié)腸腺癌(COAD)、彌漫性大B細胞淋巴瘤(DLBC)、多形性膠質(zhì)母細胞瘤(GBM)、頭頸部鱗狀細胞癌(HNSC)、腎透明細胞癌(KIRC)、腎乳頭狀細胞癌(Kirp)、急性髓系白血病(LAML)、腦低級別膠質(zhì)瘤(LGG)、肝細胞癌(LIHC)、肺腺癌(LUAD)、肺鱗狀細胞癌(LUSC)、胰腺癌(PAAD)、直腸腺癌(READ)、肉瘤(SARC)、皮膚黑色素瘤(SKCM)、胃癌(STAD)、肺癌(LUAD)、肺鱗狀細胞癌(LUSC)、胰腺癌(PAAD)、直腸癌(READ)、肉瘤(SARC)、皮膚黑色素瘤(SKCM)、胃癌(STAD)、甲狀腺癌(THCA)和胸腺瘤(Thym)。共有2908例癌癥樣本(男性1771例，女性1137例)。并下載相應(yīng)的分子數(shù)據(jù)和臨床表型數(shù)據(jù)。對泛癌和每種癌癥類型中TMB、TME細胞、免疫評分、免疫相關(guān)基因和功能通路等的性別差異進行了綜合分析(圖1)。
作者首先檢測了男性和女性患者組中泛癌TMB的差異。男性患者TMB顯著高于女性患者。由于不同癌癥的腫瘤特征不同，作者檢驗了不同癌癥類型之間是否存在性別差異。這些癌癥中有7例顯示出顯著的性別差異。在BLCA、KIRP、LIHC、LUAD和SKCM是男性更高。GBM和STAD中女性更高。男性和女性患者在泛癌和這七種癌癥中的TMB患病率如圖2A所示。為了驗證性別差異的TMB，作者從cBioPortal和ICGC數(shù)據(jù)平臺收集了這些癌癥的體細胞突變數(shù)據(jù)。作者在驗證集中得到了幾乎一致的結(jié)果，即在BLCA、LUAD、LINC、SKCM和腎細胞癌(URCC)中，男性患者的TMB高于女性患者。而在GBM中，女性患者的TMB高于男性患者。作者進一步測試了泛癌免疫評分、間質(zhì)評分和腫瘤純度的性別差異。作者發(fā)現(xiàn)免疫評分和間質(zhì)評分都是女性更高，而且腫瘤的純度是男性更高(圖2B-D)。作者還分析了這些特征在個體癌癥類型中是否存在性別差異，并將分析集中在每種癌癥類型上。女性患者在HNSC、LUAD和LUSC中的免疫評分顯著高于男性患者，但在KIRP和SARC中低于男性患者。在間質(zhì)評分方面，女性患者的LUAD高于男性患者。KIRP的女性患者也比男性患者表現(xiàn)出更高的腫瘤純度。總體而言，泛癌男性患者的TMB和腫瘤純度普遍高于女性患者，但免疫評分和間質(zhì)評分低于女性患者。然而，在個別癌癥類型中卻有一些相反的結(jié)果。在SARC中，女性患者的免疫評分和間質(zhì)評分低于男性患者，但腫瘤純度高于男性患者。作者的結(jié)果表明，不同癌癥類型的免疫功能存在性別差異。
最后，作者檢測了不同癌癥類型中有性別差異的免疫細胞。作者收集了24個免疫細胞類型特異性基因簽名。將ssGSEA算法估計每個細胞的相對滲透水平。在FDR<0.25的情況下，19個癌癥中有10個至少有一種具有性別差異的免疫細胞。總體而言，作者發(fā)現(xiàn)有 幾種癌癥類型女性具有更多的免疫細胞，包括HNAC、KIRP、LUAD和LUSC。例如，在女性LUAD患者中，24個免疫細胞中有14個被證明具有更高的相對滲透水平(圖3)。在癌癥中，兩個女性最具顯著差異的細胞是濾泡輔助T細胞(Tfh)和樹突狀細胞(DC)。在非小細胞肺癌(NSCLC)中，Tfh細胞參與了抗腫瘤免疫并與較好的臨床預(yù)后相關(guān)，DC也被認為是保護性免疫的關(guān)鍵因素。這提示在LUAD中男性患者的Tfh細胞和DC活性有待提高。相比之下，有幾種癌癥類型(GBM、KIRC和SARC等)在男性中具有更高的免疫細胞類型(圖3)。例如，在男性SARC患者中，包括漿細胞樣樹突狀細胞(pDC)、中性粒細胞、嗜酸性粒細胞、T中央記憶(Tcm)細胞、T輔助17(Th17)細胞、細胞毒細胞和CD8 T細胞在內(nèi)的7種免疫細胞具有較高的滲透水平。此外，在HNSC、KRIC、STAD和THCA中，也觀察到與癌癥發(fā)病機制有關(guān)的pDC在男性中水平更高。這些結(jié)果表明，在這些癌癥的男性患者中，pDC應(yīng)該被滅活。
由于TMB在以前的研究中被認為可能與癌癥免疫浸潤性相關(guān)，作者檢測了在男性和女性中 TMB與TME特征的相關(guān)性。作者發(fā)現(xiàn)在男性和女性泛癌患者中，TMB與免疫評分和間質(zhì)評分呈負相關(guān)，與腫瘤純度呈正相關(guān)。有趣的是，這些相關(guān)性都表現(xiàn)出顯著的性別差異，男性患者的相關(guān)性比女性患者更大(圖4A)。然后作者發(fā)現(xiàn)在泛癌患者中有9種免疫細胞與TMB有性別差異相關(guān)，包括T效應(yīng)記憶(Tem)細胞、NK細胞、嗜酸性粒細胞、NK CD56dim細胞、中性粒細胞、輔助性T細胞1(Th1)細胞、肥大細胞、輔助性T細胞(Th)和NK CD56bright細胞。最顯著的是肥大細胞，在男性患者中與TMB呈顯著負相關(guān)(以紅星標記)，而在女性患者中無相關(guān)性。肥大細胞被認為在控制先天免疫和獲得性免疫中發(fā)揮重要作用，賦予它們調(diào)節(jié)宿主對癌癥的反應(yīng)的能力，并最終影響癌癥患者的結(jié)局和命運。第二個有意義的細胞是Th細胞，男性患者Th細胞與TMB呈較大的正相關(guān)。這些結(jié)果表明，在開發(fā)免疫治療藥物和方法時，應(yīng)考慮某些免疫特征與TMB的性別差異相關(guān)性。
然后，作者檢測了不同癌癥類型中TMB和免疫細胞滲透水平與性別差異的相關(guān)性。作者發(fā)現(xiàn)對于Th細胞，三種癌癥，DLBC，HNSC和STAD，和TMB存在性別差異相關(guān)性。女性DLBC患者Th細胞與TMB呈顯著負相關(guān)，而男性DLBC患者Th細胞與TMB無明顯相關(guān)性。此外，女性STAD患者Th細胞與TMB呈正相關(guān)。然而，在男性STAD患者中，未發(fā)現(xiàn)這些細胞與TMB顯著相關(guān)。作者還觀察到，只有男性HNSC患者的Th細胞與TMB呈顯著負相關(guān)。對于肥大細胞，KIRP和SKCM的TMB與性別相關(guān)(圖4B)。女性患者的肥大細胞與TMB呈負相關(guān)，而男性患者的肥大細胞與TMB無顯著相關(guān)性。在SKCM中，男性患者的肥大細胞與TMB呈顯著負相關(guān)。總之，作者的結(jié)果揭示了不同癌癥中TMB和腫瘤免疫細胞之間的性別差異相關(guān)性。
作者檢測了男性和女性癌癥患者的免疫檢查點基因(ICG)是否存在差異。結(jié)果表明，88%的基因(60/68)是性別偏向的，其中包括一些著名的ICG基因，如PDCD1、CD274和CTLA4。此外，作者還發(fā)現(xiàn)，在19種癌癥中，有7種至少有一種ICG的具有性別差異：BLCA、GBM、HNSC、KIRP、LUAD、LUSC和PAAD(圖5A)。具體地說，在LUAD中有31個在女性中表達的ICG。這些基因包括人類白細胞抗原家族(HAL)的一些基因(如：HLA-A,HLA-B,HLA-C,HLA-DMA和HLA-DPB1、DMA、DPB1)，CD274、CD40、CD80、CD86，以及一些腫瘤壞死因子受體超家族的基因(如：TNFRSF4、TNFRSF9、TNFRSF18)。相比之下，一些人類白細胞抗原家族的基因(如：HLA-A, HLA-B,HLA-C, HLA-DMA, 和HLA-DPB1)在KIRP被證明在男性中顯著表達的。此外，一些ICG(例如CD274、CD276和TNFRSF4)在KIRP中也存在性別差異性(圖5A)。已有報道證明，HLA-I(如：HLA-A,HLA-B, HLA-C)的缺失在不同的腫瘤組織中普遍存在，是腫瘤細胞逃避T細胞免疫監(jiān)視的主要機制。研究還表明，PD-L1蛋白(由CD274基因編碼)在腫瘤細胞中的表達是預(yù)測抗PD-1/PD-L1治療反應(yīng)的生物標志物。作者的結(jié)果提示，在免疫檢查點阻斷治療時，應(yīng)考慮特定癌癥類型(如KRIP、LUAD和LUSC)ICG的性別差異。然后，作者檢測了不同癌癥類型中具有性別差異的免疫功能通路。從ImmPort數(shù)據(jù)庫下載的免疫功能通路后映射到基因列表中，并應(yīng)用GSEA方法識別性別差異的通路。19種癌癥中有16種至少有一種性別差異的通路(圖5B)。有趣的是，在GBM、KIRP、LGG、LIHC和SARC中，男性傾向于表達免疫功能通路，而HNSC、LUAD、LUSC、PAAD和THYM中，女性傾向傾向于表達免疫功能通路。對于重要的免疫途徑，TNF家族成員、受體、細胞因子、細胞因子受體和趨化因子在男性患者的GBM、LIHC和SARC中持續(xù)高表達，在LUAD、LUSC和PAAD的女性患者中持續(xù)高表達。
總體而言，根據(jù)免疫相關(guān)特征的性別差異，癌癥類型可以劃分為“強性別差異”免疫組和“弱性別差異”免疫組。對于TMB、免疫評分、間質(zhì)評分、腫瘤純度和免疫細胞的統(tǒng)計顯著水平(P值)以及免疫細胞、免疫檢查點基因和功能通路的顯著特征的比例，具有超過一半(至少七個特征中的四個)性別差異特征的癌癥類型被標記為強性別差異免疫組，其余的被標記為弱性別差異免疫組(圖6)。較強的性別差異的免疫組包括LUAD、LUSC、HNSC、KIRP、SARC和GBM，它們表現(xiàn)出更廣泛的性別差異的TME特征，在癌癥的免疫治療中應(yīng)注意這些癌癥類型的顯著性別差異特征。
在作者之前的研究中，免疫細胞被認為與癌癥患者的預(yù)后有關(guān)，作者想看看在男性和女性癌癥患者隊列之間是否有任何差異。在男性患者隊列中發(fā)現(xiàn)了七種復(fù)發(fā)預(yù)后免疫細胞(至少四種癌癥類型)，包括Th2細胞、T細胞、DC和NK細胞。Th2細胞被認為通過分泌細胞因子IL-4、IL-6、IL-10和IL-13來激活腫瘤相關(guān)的M2巨噬細胞，從而促進腫瘤的進展，并且被發(fā)現(xiàn)是SARC、LUAD、KIRP、PAAD、KIRC和LIHC男性患者的危險因素。作者還發(fā)現(xiàn)，在BLCA、HNSC、LUAD和PAAD的男性患者中，T細胞作為保護因素在抗癌方面發(fā)揮了重要作用。此外，在女性患者隊列中發(fā)現(xiàn)了四種復(fù)發(fā)的預(yù)后免疫細胞(至少四種癌癥類型)：Th17細胞、Tem細胞、NK細胞和CD8T細胞。例如，Th17細胞被發(fā)現(xiàn)是LUAD、COAD、STAD和LAML女性患者的保護因素。Tem細胞在LUAD和PAAD女性患者中是保護因素，而在STAD和LUSC女性患者中是危險因素。在不同癌癥類型的男性或女性患者中觀察到了反復(fù)出現(xiàn)的預(yù)后免疫細胞，突顯了針對這些細胞的免疫治療藥物的再利用潛力。
與其他癌癥類型相比，LUAD表現(xiàn)出更廣泛的性別差異的免疫相關(guān)特征(TMB、免疫評分、間質(zhì)評分、腫瘤純度、免疫細胞、免疫細胞、免疫檢查點基因和功能途徑)。作者以LUAD為例，進一步研究基于性別特異性細胞的性別特異性特征是否可以將男性和女性患者分為高危和低危兩組。對于女性患者，作者確定了八種重要的免疫細胞(圖7A)：Tem細胞、Tcm細胞、間質(zhì)樹突狀細胞(IDC)、Th17細胞、TfH細胞、肥大細胞和巨噬細胞是保護因素，Th2細胞是危險因素。相比之下，男性患者有8個顯著的免疫細胞：Tem細胞、IDC、PDC、TfH細胞、NK細胞、T細胞和B細胞是保護因素，Th2細胞是危險因素。雖然男性和女性患者之間有四個細胞重疊，但它們在這些患者之間與生存時間的關(guān)系是不同的。利用性別特異性細胞，構(gòu)建了男性和女性特異性預(yù)后標志。對于這些特征，作者根據(jù)細胞滲透程度分別計算了每個男性和女性患者的特征風(fēng)險分數(shù)。根據(jù)男性和女性風(fēng)險分數(shù)的中位數(shù)，將男性和女性患者分為高風(fēng)險組和低風(fēng)險組。作者進一步研究男性和女性風(fēng)險評分是否是獨立的預(yù)后因素。結(jié)果表明，在男性和女性LUAD患者組中，男性和女性風(fēng)險評分均可作為OS的獨立預(yù)后因素。
為了確定男性和女性特異性細胞在獨立數(shù)據(jù)集中是否具有相同的預(yù)后價值，作者隨后應(yīng)用相同的方法從兩個獨立的肺腺癌數(shù)據(jù)集中對男性和女性患者進行驗證。對于每個獨立的驗證集，將男性和女性患者分別分為高風(fēng)險組和低風(fēng)險組(圖7D,E,F,G)。高風(fēng)險評分的患者總體生存時間明顯短于低風(fēng)險評分的患者。
為了識別性別差異的體細胞突變，在每種癌癥類型(>5%的突變樣本)中保留了具有高頻突變的基因。作者重點研究了LUAD，它在各種免疫特征上顯示出顯著的性別差異。作者在LUAD中發(fā)現(xiàn)了在兩個女性出現(xiàn)的和八個男性出現(xiàn)的體細胞突變基因(圖8A)。在LUAD患者中，EGFR突變被證實是女性顯著出現(xiàn)。有趣的是，EGFR突變與酪氨酸激酶抑制劑(吉非替尼)的反應(yīng)和NSCLC患者的生存期延長有關(guān)，同時這也被認為是導(dǎo)致NSCLC微環(huán)境中免疫滲透減少或缺乏浸潤性免疫細胞的原因。STK11在男性患者中顯著表達，這與以前的研究一致。然而，作者發(fā)現(xiàn)，在免疫滲透的LUAD隊列中，該基因在男性中的突變頻率高于女性。此外，Koyama等人認為STK11/LKB1缺陷可能促進中性粒細胞募集和促炎細胞因子的產(chǎn)生，從而抑制肺腫瘤微環(huán)境中T細胞的活性。
為了進一步估計哪些免疫細胞是由性別差異突變基因觸發(fā)，作者對LUAD的基因突變狀態(tài)和細胞滲透水平進行了多元Logistic回歸分析(圖8B)；10個性別差異突變基因中有8個和至少一個免疫細胞有關(guān)。例如，作者發(fā)現(xiàn)EGFR突變與六種免疫細胞有關(guān)。在EGFR突變患者中，有5種細胞(Th2細胞、細胞毒細胞、Tcm細胞、Th17細胞、T-γδ細胞)下調(diào)，1種細胞(T輔助細胞)上調(diào)(圖8C)。在STK11突變的患者中，三種細胞(ADC、巨噬細胞和NK細胞)下調(diào)，三種細胞(Th17細胞、Th2細胞和肥大細胞)上調(diào)(圖8D)。這些結(jié)果可能有助于理解由性別特異性突變驅(qū)動的潛在免疫細胞，以便實施精確的治療。
在以前的研究中，TMB被認為是免疫檢查點阻斷治療反應(yīng)的預(yù)測生物標志物。作者想知道TMB的預(yù)測能力是否顯示出性別差異。對于每個數(shù)據(jù)集，TMB分別用于預(yù)測男性和女性患者對ICB治療的反應(yīng)。進行受試者工作特征曲線分析，并用曲線下面積(AUC)評價TMB的預(yù)測能力。結(jié)果表明，在每個數(shù)據(jù)集上，女性患者的AUC都大于男性患者，這表明TMB對女性癌癥的預(yù)測能力比男性更好。這些結(jié)果與之前的一項研究一致，但該研究僅在肺癌患者中測試了TMB在ICB反應(yīng)預(yù)測中的性別差異。女性更傾向于TMB的預(yù)測能力可能是由于女性患者比男性患者具有更強的免疫評分(免疫微環(huán)境)(圖2B)。TMB升高的女性患者具有高度的免疫原性，并可能表現(xiàn)出更強的免疫抑制信號。ICB治療可能會阻斷腫瘤細胞和免疫細胞之間的這些信號，因此女性患者可以比男性患者更有效地攻擊腫瘤。
全文總結(jié)：
總體而言，癌癥免疫系統(tǒng)是復(fù)雜的，男性和女性患者之間可能會有所不同。作者進行了一項全面的分析，以研究泛癌中腫瘤微環(huán)境相關(guān)特征的性別差異。更重要的是，作者的結(jié)果提供了一個有價值的起點，可以在未來的ICB試驗、免疫相關(guān)生物標記物的識別和癌癥免疫治療中明確考慮性別的作用。
參考文獻：
1. Han J, Yang Y, Li X, et al. Pan-cancer analysis reveals sex-specific signatures in the tumor microenvironment. Mol Oncol Mar 1 2022.doi:10.1002/1878-0261.13203 .
