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大家好呀！今天給大家介紹一篇2021年3月發表在frontiers in Cell and Developmental Biology上的文章。結直腸癌（CRC）是一種常見的癌癥，是全球范圍內第三大致死類癌癥。近年來，中國的結直腸癌發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的發生機制。已有研究表明腫瘤微環境尤其是免疫細胞參與了結直腸癌的發生發展。CXCL11主要通過G-蛋白偶聯受體CXCR3,CXCL9和CXCL10來招募自然殺傷細胞和單核細胞/巨噬細胞。CXCL11可能會影響腫瘤發生發展。本研究作者發現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在腫瘤微環境中的作用。
CXCL11 Correlates With Antitumor Immunity and an Improved Prognosis in Colon Cancer
CXCL11與結腸癌抗腫瘤免疫和改善預后的相關性
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，但其在結腸癌（CRC）中的作用尚不清楚。因此，作者對CXCL11在結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轉錄組數據集和GSE146771,GSE132465單細胞轉錄組數據集。此外，作者使用108例COAD患者的數據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中上調表達。CXCL11上調表達與COAD預后較好有關而與READ預后無關。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，作者發現CXCL11介導的基因表達和免疫通路網絡的變化。細胞毒性基因和免疫抑制分子與CXCL11表達正相關。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數據庫獲取COAD數據集，包括451例樣本。從GEO數據庫獲取scRNA-seq數據集，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.單細胞轉錄組分析：使用scanpy進行單細胞轉錄組分析。
結果：
1.CXCL11在結腸癌中的異常表達和預后價值
首先，作者研究CXCL11在TCGA數據庫中所有腫瘤中的表達水平。CXCL11在大多數腫瘤中均顯著上調表達（圖1A）。TISIDB結果表明CXCL11高表達的COAD患者生存期較長（圖1B）。因此，作者重點關注COAD數據集，結果表明CXCL11高表達的COAD患者預后較好（圖1C）。
2.CXCL11與腫瘤免疫微環境的相關性
為研究CXCL11在COAD患者中的潛在作用機制，作者研究CXCL11與腫瘤免疫微環境的關系。結果表明CXCL11與Act CD8，NKT和Act DC正相關（圖2A-2C）。此外，根據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境狀態（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。結果表明，CXCL11與COAD的抗腫瘤免疫有關。
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（圖3B和3C）。細胞毒性基因包括IFNG,GZMA,GZMB,GZMK,GZMM和PRF1與CXCL11正相關（圖3D）。CXCL11與PDCD1,PD-L1和CTLA4等免疫抑制分子正相關（圖3E）。此外，作者發現單細胞數據集中腫瘤組織CXCL11的表達水平較高（圖3F和3H），且與PD-L1表達水平正相關（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數據集-YJSHC進行分析。IHC結果表明腫瘤組織中CXCL11的蛋白表達水平較高（圖4A和4B）。根據CXCL11將樣本分為兩組，瘤內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CXCL11+細胞浸潤水平與預后顯著相關（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的相關性
CXCL11+細胞浸潤豐度較高的患者其瘤內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（圖5E-5G）。
結論：
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，作者有一個關鍵基因A，研究關鍵基因A在TCGA數據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分析研究關鍵基因A與癌癥患者生存期的關系。其次，作者使用CIBERSORT算法研究關鍵基因A高表達組和低表達組中免疫細胞的浸潤水平，進而研究關鍵基因A與免疫細胞浸潤水平的相關性。這里，我們還可以使用ESTIMATE算法研究關鍵基因A高表達組和低表達組的免疫打分和基質打分等。第三，作者鑒定關鍵基因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錄組數據集并研究關鍵基因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錄組數據集進行深入的分析。最后，作者進行IHC驗證關鍵基因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.
