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大家好呀！今天給大家介紹一篇2021年3月發(fā)表在frontiers in Cell and Developmental Biology上的文章。結(jié)直腸癌（CRC）是一種常見的癌癥，是全球范圍內(nèi)第三大致死類癌癥。近年來，中國的結(jié)直腸癌發(fā)病率有所上升但預后并沒有明顯改善。因此亟待挖掘新的預后標志物進一步探索CRC的發(fā)生機制。已有研究表明腫瘤微環(huán)境尤其是免疫細胞參與了結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展。CXCL11主要通過G-蛋白偶聯(lián)受體CXCR3,CXCL9和CXCL10來招募自然殺傷細胞和單核細胞/巨噬細胞。CXCL11可能會影響腫瘤發(fā)生發(fā)展。本研究作者發(fā)現(xiàn)CXCL11在COAD和READ樣本中的表達水平較高，通過IHC驗證CXCL11的蛋白表達水平并評估CXCL11在腫瘤微環(huán)境中的作用。
CXCL11 Correlates With Antitumor Immunity and an Improved Prognosis in Colon Cancer
CXCL11與結(jié)腸癌抗腫瘤免疫和改善預后的相關(guān)性
摘要：
趨化因子配體C-X-C基序趨化因子配體11（CXC11）參與各種癌癥進展，但其在結(jié)腸癌（CRC）中的作用尚不清楚。因此，作者對CXCL11在結(jié)腸癌中的預后價值和潛在機制進行了研究。本研究共包括TCGA-CRC轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集和GSE146771,GSE132465單細胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集。此外，作者使用108例COAD患者的數(shù)據(jù)集進行免疫組化分析。作者確定了CXCL11在TCGA腫瘤組織中的分布，并鑒定到CXCL11在COAD和READ中上調(diào)表達。CXCL11上調(diào)表達與COAD預后較好有關(guān)而與READ預后無關(guān)。CXCL11高表達組的抗腫瘤免疫細胞比例較高而原癌免疫細胞比例較低。此外，作者發(fā)現(xiàn)CXCL11介導的基因表達和免疫通路網(wǎng)絡的變化。細胞毒性基因和免疫抑制分子與CXCL11表達正相關(guān)。CXCL11可以作為COAD患者的預后標志物，可以促進抗腫瘤免疫以改善生存期。
實驗方法：
1.樣本信息：從TCGA數(shù)據(jù)庫獲取COAD數(shù)據(jù)集，包括451例樣本。從GEO數(shù)據(jù)庫獲取scRNA-seq數(shù)據(jù)集，包括GSE146771和GSE132465。此外，還涉及YJSHC隊列，包括108例樣本。
2.免疫細胞浸潤分析：使用CIBERSORT和TISIDB計算不同CXCL11表達水平組的腫瘤淋巴細胞浸潤水平（TILs）
3.差異分析和富集分析：使用R包limma進行差異分析，使用MsigDB進行GSEA分析。
4.單細胞轉(zhuǎn)錄組分析：使用scanpy進行單細胞轉(zhuǎn)錄組分析。
結(jié)果：
1.CXCL11在結(jié)腸癌中的異常表達和預后價值
首先，作者研究CXCL11在TCGA數(shù)據(jù)庫中所有腫瘤中的表達水平。CXCL11在大多數(shù)腫瘤中均顯著上調(diào)表達（圖1A）。TISIDB結(jié)果表明CXCL11高表達的COAD患者生存期較長（圖1B）。因此，作者重點關(guān)注COAD數(shù)據(jù)集，結(jié)果表明CXCL11高表達的COAD患者預后較好（圖1C）。
2.CXCL11與腫瘤免疫微環(huán)境的相關(guān)性
為研究CXCL11在COAD患者中的潛在作用機制，作者研究CXCL11與腫瘤免疫微環(huán)境的關(guān)系。結(jié)果表明CXCL11與Act CD8，NKT和Act DC正相關(guān)（圖2A-2C）。此外，根據(jù)CXCL11表達水平將COAD分為不同組，使用CIBERSORT研究不同組的腫瘤免疫微環(huán)境狀態(tài)（圖2D）。CXCL11高表達組的抗腫瘤免疫細胞比例較高，包括CD8T和NKa。CXCL11高表達組的促腫瘤免疫細胞比例較低，包括M0巨噬細胞，NK細胞和單核細胞。結(jié)果表明，CXCL11與COAD的抗腫瘤免疫有關(guān)。
3.CXCL11高表達和低表達組差異表達基因和富集分析
對CXCL11高表達組和低表達組鑒定差異表達基因并進行GSEA分析鑒定CXCL11高表達組富集的生物學通路。CXCL11高表達組富集的生物學通路包括趨化因子信號通路，趨化因子-趨化因子受體互作，抗原呈遞和T細胞受體信號通路等（圖2E-2I）。差異表達基因的火山圖如圖3A所示，CXCL11與DC，NK和T細胞招募的CCL4，CCL5，CCL9和CXCL10正相關(guān)（圖3B和3C）。細胞毒性基因包括IFNG,GZMA,GZMB,GZMK,GZMM和PRF1與CXCL11正相關(guān)（圖3D）。CXCL11與PDCD1,PD-L1和CTLA4等免疫抑制分子正相關(guān)（圖3E）。此外，作者發(fā)現(xiàn)單細胞數(shù)據(jù)集中腫瘤組織CXCL11的表達水平較高（圖3F和3H），且與PD-L1表達水平正相關(guān)（圖3G和3I）。
4.YJSHC中CXCL11+細胞的差異分析和預后價值
為了進一步驗證CXCL11的作用，作者使用COAD數(shù)據(jù)集-YJSHC進行分析。IHC結(jié)果表明腫瘤組織中CXCL11的蛋白表達水平較高（圖4A和4B）。根據(jù)CXCL11將樣本分為兩組，瘤內(nèi)CXCL11+細胞豐度較高的患者OS較好（圖4C）。此外，多因素Cox回歸分析表明瘤內(nèi)CXCL11+細胞浸潤水平與預后顯著相關(guān)（圖4D），說明CXCL11可以作為獨立的預后因子。
5.驗證CXCL11+細胞與TILs和PD-L1的相關(guān)性
CXCL11+細胞浸潤豐度較高的患者其瘤內(nèi)CD8+ T細胞和CD56+ NK細胞豐度較高，且抗腫瘤PD-L1+細胞豐度較高（圖5A）。此外，CXCL11+細胞浸潤豐度較高的患者其PD-L1,CD8A和CD56表達水平較高（圖5B-5D），且CXCL11與PD-L1,CD8A和CD56表達水平正相關(guān)（圖5E-5G）。
結(jié)論：
做的研究鑒定到CXCL11可以作為COAD患者的獨立預后因子，可以促進抗腫瘤免疫反應并延長患者生存期。此外，CXCL11會誘導COAD患者的PD-L1高表達可能會提高患者對ICI治療的反應。因此，作者的研究為COAD患者提供新的治療靶點并輔助治療。
本篇文章的思路是典型的單基因生信分析文章研究思路。首先，作者有一個關(guān)鍵基因A，研究關(guān)鍵基因A在TCGA數(shù)據(jù)庫中各個癌癥樣本和對應正常樣本中的表達水平，并使用KM分析研究關(guān)鍵基因A與癌癥患者生存期的關(guān)系。其次，作者使用CIBERSORT算法研究關(guān)鍵基因A高表達組和低表達組中免疫細胞的浸潤水平，進而研究關(guān)鍵基因A與免疫細胞浸潤水平的相關(guān)性。這里，我們還可以使用ESTIMATE算法研究關(guān)鍵基因A高表達組和低表達組的免疫打分和基質(zhì)打分等。第三，作者鑒定關(guān)鍵基因A高表達組和低表達組的差異基因并進行富集分析。本篇文章的亮點就在于作者引入的對應癌癥的單細胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集并研究關(guān)鍵基因A在不同細胞和組織中的表達水平，但作者并沒有對單細胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集進行深入的分析。最后，作者進行IHC驗證關(guān)鍵基因A的蛋白表達水平。好了，這篇文章就給大家介紹到這里啦~如果你手里也有一個這樣的關(guān)鍵基因的話不妨來試試這篇文章的分析思路吧~
參考文獻：
Cao Y , Jiao N , Sun T , et al. CXCL11 Correlates With Antitumor Immunity and an Improved Prognosis in Colon Cancer[J]. Frontiers in Cell and Developmental Biology, 2021, 9:646252.
