Part Ⅱ Identificació i validació d'una signatura de parells de gens relacionats amb la immunitat per a tres càncers urològics

Resultats

1. Establiment i avaluació de l'IRGPI

En aquest estudi es van incloure un total de 2,700 pacients amb tres càncers urològics, inclosos 835 càncer de bufeta, 888 de pròstata i 977 pacients amb càncer de ronyó. Tal com es mostra a la figura suplementària 1, es van utilitzar 1.622 pacients de les cohorts TCGA com a conjunt de dades de meta-entrenament. Un altre 1,078 pacients de set conjunts de dades GEO i dos conjunts de dades ICGC van constituir el conjunt de dades de metavalidació. Entre 2.483 IRG de la base de dades ImmPort, es van mesurar 606 IRG a totes les plataformes i complien els criteris (MAD > 0.5) a tots els conjunts d'entrenament independents. A partir de 606 IRG, es van construir 183.315 IRGP. Després d'eliminar els que no es comparteixen entre tots els conjunts de dades o amb un ordre constant en qualsevol conjunt de dades, es van deixar i seleccionar 18.041 IRGP per a una anàlisi posterior. En primer lloc, es van filtrar 10.943 IRGP mitjançant el model de regressió de Cox univariat al conjunt de dades de meta-entrenament. Per examinar més els IRGP candidats, es va dur a terme LASSO 30 vegades per seleccionar els que van aparèixer més de 15 vegades de 30 anàlisis. Com a resultat, es van seleccionar 25 IRGP i 41 IRG únics. A continuació, es va utilitzar el model de regressió de Cox multivariant per obtenir el model de predicció basat en IRGPs i generar puntuacions IRGPI per a totes les mostres. Els pacients de la cohort de meta-entrenament es van classificar en grups de risc immune baix i alt mitjançant l'ús de la mitjana IRGPI (-1.216973). Hi va haver pronòstics significativament diferents en termes de RFS entre grups de baix i alt risc a la cohort de meta-entrenament (figura 1A, ràtio de risc [HR] 6,078, interval de confiança del 95 per cent [CI] 4.754-7.769). ; P < 2×10-16). L'IRGPI també podria dividir els pacients en subgrups amb RFS significativament diferents a la cohort d'entrenament del càncer de bufeta (figura 1B, HR 2.308, IC del 95 per cent 1.660- 3.210; P=3×{{55} } ), càncer de pròstata (Figura 1C, HR 3,054, 95% CI 1.778-5,245; P {= 2×{{10-5 ) i càncer de ronyó (Figura 1D, HR 5,582, 95% CI 3.899-7.992; P < 2×{10-16). Les corbes ROC depenents del temps es van utilitzar per avaluar la capacitat de l'IRGPI per predir el pronòstic. Els valors de l'àrea sota la corba (AUC) en predir 1-, 3-, 5- i 10-any RFS dels pacients van ser de 0,816, 0,818, 0,828 i 0,763, respectivament, a la cohort de meta-entrenament (figura suplementària 2A). Quan els pacients es van estratificar per diferents estadis tumorals, gèneres i grups d'edat, els grups IRGPI baix i alt es van mantenir significativament diferents per a RFS, i una puntuació IRGPI més alta es va associar amb un pronòstic significativament pitjor (figura 2). Els pacients amb IRGPI elevat i estadi tumoral avançat tenien la RFS més alta entre tots els pacients de la cohort de meta-entrenament (figura suplementària 2B). Les anàlisis multivariants van suggerir que l'IRGPI era un factor pronòstic independent (HR 4,22, IC del 95% 3.23- 5.52; P <2×10-16) després d'ajustar-se per edat i estadi.

2. Validació de l'IRGPI

Es van utilitzar cohorts de validació externa per confirmar la capacitat de l'IRGPI de predir l'RFS de pacients amb tres càncers urològics en diferents poblacions. Es van utilitzar els mateixos IRGP per calcular l'IRGPI, i els pacients també es van classificar en grups de baix i alt risc. L'RFS dels pacients dels grups d'IRGPI baix i alt eren significativament diferents a la cohort de metavalidació (figura 3A, HR 3.326, 95% CI 2.623-4.217; P <2×10-16), validació conjunt de dades del càncer de bufeta (figura 3B, HR 3,987, 95% CI 2.641-6.{019; P=1×{{2{0}}), conjunt de dades de validació del càncer de pròstata (figura 3C, HR 3,277, 95% CI 2.275-4.719; P=2×{10-11) i conjunt de dades de validació del càncer de ronyó (figura 3D, HR 2.523, IC del 95 per cent 1.529-4,165; P=2×{10-4). Les corbes temps-ROC van mostrar capacitats predictives estables, amb AUC de {{40}}, 3-, 5- i 10-any de 0,794, 0,764, 0,739 i 0,605, respectivament (figura suplementària 2C). De la mateixa manera, els pacients amb IRGPI elevat i estadi tumoral avançat tenien la RFS més alta entre els pacients de la cohort de metavalidació (figura suplementària 2D). D'acord amb les cohorts de formació, l'IRGPI va poder dividir els pacients en grups significativament diferents en termes de RFS en cohorts de validació majoritàriament independents (figura suplementària 3). Quan es van considerar pacients amb malaltia d'edat primerenca o d'última edat, pacients masculins i pacients majors de 60 anys, l'IRGPI es va mantenir altament pronòstic i una puntuació IRGPI més alta es va associar amb un pronòstic significativament pitjor (figura 4). Després d'ajustar-se per edat i estadi a les anàlisis de regressió de Cox, l'IRGPI va continuar sent un factor pronòstic independent a la cohort de metavalidació (HR 2,15, IC del 95% 1.45-3.19; P=0.000149; ).

3. Anàlisi funcional i contingut immune infiltrant relacionat amb l'IRGPI

Els 41 IRG únics són rellevants per a l'IRGPI a la cohort de meta-entrenament estaven implicats principalment en la resposta immune i inflamatòria, l'activitat de citocines i la quimiotaxi (figura 5). Diversos infiltrats immunitaris es van enriquir a la cohort de meta-entrenament i els macròfags M2, les cèl·lules T CD8, les cèl·lules T CD4 en repòs, els macròfags M 0 i els macròfags M1 van mostrar una major abundància (figura 6A). Entre aquests, els percentatges de macròfags M0, macròfags M1 i macròfags M2 eren significativament diferents entre els grups de risc IRGPI (figura 6B). A més, aquests resultats es van validar a les cohorts de metavalidació en què es van enriquir els mateixos cinc infiltrats immunes amb una abundància de cèl·lules immunitàries més gran (figura 6C). Els percentatges de macròfags M1 i macròfags M2 també eren significativament diferents entre els grups de risc IRGPI (figura 6D).

4. Nomograma basat en l'IRGPI i factors clínics

L'anàlisi de regressió de Cox univariada va mostrar que l'edat, l'estadi i la puntuació IRGPI eren predictors significatius del pronòstic. Per establir un enfocament quantitatiu per a la predicció de RFS, vam realitzar un nomograma basat en factors pronòstics (IRGPI, edat i estadi) en els conjunts de meta-entrenament i meta-validació (figura 7A, 7B). La fiabilitat dels nomogrames es va avaluar mitjançant el diagrama de calibratge. Com a resultat, els segments de línia a les parcel·les de calibratge estaven a prop de la línia de 45 graus, cosa que indica un excel·lent acord entre la predicció i l'observació a la cohort de meta-entrenament (figura suplementària 4A-4D) i la cohort de metavalidació (figura suplementària 4E). -4H).

Feu clic aquí per obtenirels suplements de Cistanche

Discussió

En aquest estudi, hem desenvolupat una signatura basada en 25 IRGP per predir simultàniament el pronòstic del càncer d'orina, inclòs el càncer de bufeta, pròstata i ronyó. La signatura va mostrar una capacitat robusta per predir RFS de càncers urinaris en cohorts d'entrenament i cohorts de validació múltiples. La nostra signatura també podria distingir diferents RFS en grups definits de pacients (per exemple, en fase inicial) en anàlisis estratificades. El nomograma construït basat en la puntuació IRGPI i els factors de pronòstic clínic va ser capaç de predir quantitativament les taxes de RFS dels pacients amb càncer de bufeta, pròstata i ronyó.

Els pacients amb càncer de bufeta [36], pròstata [37] i ronyó [38] tenen un risc substancial de recaiguda, fins i tot després de la resecció quirúrgica. L'ús de diverses teràpies adjuvants, especialment en pacients en fase inicial, segueix sent discutible [39]. Es necessiten amb urgència biomarcadors de pronòstic fiables per identificar pacients amb un risc més elevat de recaiguda i seleccionar pacients que tinguin respostes a les teràpies. Es van desenvolupar moltes signatures basades en l'expressió gènica per predir el pronòstic de la bufeta [40–42], la pròstata [43–45] i el càncer de ronyó [46–48]. Tanmateix, l'inconvenient comú d'aquests estudis van ser els biaixos tècnics causats per la normalització dels perfils d'expressió derivats de diferents plataformes mitjançant RNA-Seq o microarrays. A partir del rànquing relatiu de l'expressió gènica, la signatura dels IRGP en el present estudi es va centrar en comparacions per parelles dins del perfil d'expressió gènica de les mostres. Es va eliminar en la màxima mesura la necessitat de normalitzar les dades i es van evitar els biaixos tècnics entre diferents plataformes quan es combinaven múltiples perfils d'expressió gènica. Uns quants investigadors han identificat signatures d'IRGP relacionades amb el pronòstic dels pacients amb càncer d'orina; per exemple, Fu et al. va trobar una nova signatura d'IRGPs que tenia un valor pronòstic significatiu per predir la supervivència global en càncer de bufeta [49]. Els investigadors del sud de la Xina també han desenvolupat IRGP per predir el pronòstic dels pacients amb carcinoma de cèl·lules renals papil·lars [50]. Tanmateix, aquests estudis no tenien una validació suficient a causa de la mida relativament petita de la mostra i només podien predir el pronòstic d'un únic tumor. En aquest estudi, hem integrat conjunts de dades a gran escala de múltiples plataformes per identificar la signatura de l'IRGP. La signatura podia predir simultàniament l'RFS de tres tumors urològics principals i era robusta després de ser verificada. Per tant, la nostra signatura es pot promoure convenientment a l'ús clínic.

Cistanche estandarditzada

El microambient immune del tumor es correlaciona amb el pronòstic del càncer de bufeta [22, 51], pròstata [23, 52] i càncer de ronyó [24, 53]. A l'era de la immunoteràpia, els biomarcadors pronòstics rellevants per al microentorn immune del tumor poden trencar un nou camí per identificar nous biomarcadors pronòstics. En aquest estudi, la majoria dels IRG implicats en la nostra signatura immune eren citocines, antimicrobians i receptors de citocines, que estan estretament relacionats amb la resposta immune i els processos inflamatoris. L'anàlisi d'enriquiment també va indicar que els IRG rellevants per a la signatura immune estaven implicats principalment en la resposta immune i inflamatòria i l'activitat de citocines. Es va trobar un augment del microambient inflamatori en els principals tumors del sistema urinari. Aquesta troballa va ser coherent amb estudis anteriors que demostraven que la formació i la progressió dels tumors estaven relacionades amb un augment del microambient inflamatori [54, 55]. Diverses cèl·lules immunitàries com els neutròfils i els macròfags estan implicades en el procés de resposta inflamatòria dels tumors. Els macròfags estan correlacionats amb un mal pronòstic en molts càncers [56, 57]. En el present estudi, hem trobat que el nivell d'infiltració del macròfag M1 en el grup immune d'alt risc va augmentar significativament. La contextura immune desregulada pot donar lloc a les diferències de supervivència observades entre els grups de risc tal com defineix l'IRGPI. Cal destacar que el nivell d'infiltració dels macròfags M1 en els grups d'alt risc i de baix risc és inconsistent en la investigació [49, 50, 58-61]. D'aquests estudis, dos d'ells són coherents amb el nostre resultat [50, 58], tres d'ells informen que no hi ha cap diferència significativa [59-61] i només una investigació és contrària a la nostra [49]. Les inconsistències en el nivell d'infiltració dels macròfags M1 poden estar relacionades amb les diferències de la població d'estudi, és a dir, les mostres que generen puntuacions de risc són diferents.

Cal destacar que hi havia limitacions en aquest estudi. En primer lloc, la signatura de pronòstic dels 25 IRGP es va basar en un estudi retrospectiu, tot i que es van utilitzar nou conjunts de dades per a una validació rigorosa. Els nostres resultats s'han de validar encara més en cohorts prospectives amb diferents atributs de mostra. En segon lloc, la nostra signatura pronòstica també s'ha de validar mitjançant una reacció quantitativa en cadena de la polimerasa en temps real abans que es pugui aplicar clínicament. En tercer lloc, vam eliminar els IRGP amb valors constants per reduir la influència dels efectes per lots entre diferents plataformes, però els efectes per lots no es poden eliminar.

Cistanche en pols

En conclusió, la nostra signatura de 25 IRGP és un biomarcador pronòstic prometedor i robust per predir el RFS del càncer de bufeta, pròstata i ronyó, inclosos els càncers en fase inicial. A més, aquesta signatura es va associar amb la infiltració de subconjunts de cèl·lules immunitàries i la resposta immune, cosa que indica les associacions entre el microambient immune i aquests càncers i, per tant, podria ajudar a formular una estratègia d'immunoteràpia personalitzada. Tot i que la utilitat clínica de la nostra signatura s'ha de validar en estudis prospectius, el nostre estudi ha proporcionat un panell de marcadors pronòstics prometedors mitjançant la integració de conjunts de dades a gran escala.

L'efecte de l'extracte de Cistanche en la millora del sistema urinari

L'extracte de Cistanche es deriva de la planta Cistanche Deserticola, que s'ha utilitzat tradicionalment en la medicina xinesa pels seus beneficis per a la salut. La seva eficàcia en la millora del sistema urinari és una de les seves propietats conegudes.

Els estudis han demostrat que l'extracte de Cistanche conté una sèrie de compostos bioactius que tenen efectes antioxidants i antiinflamatoris. Aquests compostos poden ajudar a protegir contra l'estrès oxidatiu, la inflamació i el dany cel·lular en el sistema urinari. Això condueix a una millora de la funció i redueix els riscos de malalties urològiques.

Una àrea on l'extracte de Cistanche ha mostrat resultats prometedors és la millora dels símptomes associats a la hiperplàsia benigna de pròstata (HBP). L'HBP és una afecció en què la glàndula pròstata augmenta i comprimeix la uretra, provocant símptomes urinaris com ara augment d'urgència, freqüència, flux feble i buidatge incomplet de la bufeta.

La investigació suggereix que l'extracte de Cistanche pot alleujar aquests símptomes disminuint la mida de la glàndula pròstata. Ho fa inhibint l'activitat d'un enzim anomenat 5-alfa-reductasa, que converteix la testosterona en dihidrotestosterona (DHT), una hormona que estimula el creixement de la pròstata. Mitjançant la reducció dels nivells de DHT, l'extracte de Cistanche prevé un augment de la pròstata i millora els símptomes urinaris.

L'extracte de Cistanche també té efectes antiinflamatoris que poden beneficiar altres afeccions del tracte urinari, com les infeccions del tracte urinari (ITU) i la cistitis intersticial (CI). Ambdues condicions causen inflamació de la paret de la bufeta, donant lloc a freqüència urinària, urgència, dolor i molèsties. En reduir la inflamació, l'extracte de Cistanche pot alleujar aquests símptomes.

En conclusió, la capacitat de l'extracte de Cistanche per millorar el sistema urinari es deriva de les seves propietats antiinflamatòries i antioxidants. Tot i que la investigació encara es troba en les seves primeres etapes, l'evidència fins ara suggereix que l'extracte de Cistanche pot ser una opció de tractament eficaç per gestionar afeccions del tracte urinari com l'HBP, les ITU i la CI. No obstant això, és important tenir en compte que les persones sempre haurien de discutir qualsevol complement potencial a la seva dieta amb un proveïdor d'atenció mèdica qualificat per assegurar-se que sigui segur i adequat per a les seves necessitats individuals.

Beneficis de Cistanche

Referències

36. Wang X, Ding Y, Wang J, Wu Y. Identificació dels factors clau relacionats amb el càncer de bufeta mitjançant la xarxa de tres capes lncRNA-miRNAmRNA. Front Genet. 2020; 10:1398.

37. Heidenreich A, Bastian PJ, Bellmunt J, Bolla M, Joniau S, van der Kwast T, Mason M, Matveev V, Wiegel T, Zattoni F, Mottet N i European Association of Urology. Directrius de l'EAU sobre càncer de pròstata. Part II: Tractament del càncer de pròstata avançat, recurrent i resistent a la castració. Eur Urol. 2014; 65:467–79.

38. Kelsey R. Càncer de ronyó: classificació ccrcc1-4 per a la predicció de recaigudes. Nat Rev Urol. 2018; 15:205.

39. Roberts ME, Aynardi JT, Chu CS. Leiomiosarcoma uterí: una revisió de la literatura i actualització de les opcions de gestió. Ginecol Oncol. 2018; 151:562–72.

40. Shariat SF, Karakiewicz PI, Godoy G, Karam JA, Ashfaq R, Fradet Y, Isbarn H, Montorsi F, Jeldres C, Bastian PJ, Nielsen ME, Müller SC, Sagalowsky AI, Lotan Y. Survivin com a marcador pronòstic de Carcinoma urotelial de la bufeta: un estudi de validació extern multicèntric. Clin Cancer Res. 2009; 15:7012–9.

41. Mo Q, Nikolos F, Chen F, Tramel Z, Lee YC, Hayashi K, Xiao J, Shen J, Chan KS. Poder pronòstic d'una signatura del gen de diferenciació de tumors per a carcinomes urotelials de bufeta. J Natl Cancer Inst. 2018; 110:448–59.

42. Sikic D, Eckstein M, Wirtz RM, Jarczyk J, Worst TS, Porubsky S, Keck B, Kunath F, Weyerer V, Breyer J, Otto W, Rinaldetti S, Bolenz C, et al. Expressió gènica FOXA1 per a la definició de subtipus moleculars de càncer de bufeta muscular invasiu després de la cistectomia radical. J Clin Med. 2020; 9:994.

43. Gerke JS, Orth MF, Tolkach Y, Romero-Pérez L, Wehweck FS, Stein S, Musa J, Knott MM, Hölting TL, Li J, Sannino G, Marchetto A, Ohmura S, et al. L'anàlisi clínica integrativa del transcriptoma revela la dependència de TMPRSS2-ERG dels biomarcadors pronòstics en l'adenocarcinoma de pròstata. Int J Càncer. 2020; 146:2036–46.

44. Wu CL, Schroeder BE, Ma XJ, Cutie CJ, Wu S, Salunga R, Zhang Y, Kattan MW, Schnabel CA, Erlander MG, McDougal WS. Desenvolupament i validació d'un 32-índex de pronòstic genètic per a la progressió del càncer de pròstata. Proc Natl Acad Sci USA. 2013; 110:6121–6.

45. Zhao SG, Evans JR, Kothari V, Sun G, Larm A, Mondine V, Schaeffer EM, Ross AE, Klein EA, Den RB, Dicker AP, Karnes RJ, Erho N, et al. El paisatge dels gens atípics pronòstics en el càncer de pròstata d'alt risc. Clin Cancer Res. 2016; 22:1777–86.

46. ​​Liang T, Sang S, Shao Q, Chen C, Deng Z, Wang T, Kang Q. Expressió anormal i significat pronòstic d'EPB41L1 en el carcinoma de cèl·lules clares renals basades en la mineria de dades. Cèl·lula Càncer Int. 2020; 20:356.

47. Yang CA, Huang HY, Yen JC, Chang JG. Valor pronòstic de RNASEH2A-, CDK1- i CD151-Perfil de gens relacionats amb la via per a càncers de ronyó. Int J Mol Sci. 2018; 19:1586.

48. Kim KM, Hussein UK, Bae JS, Park SH, Kwon KS, Ha SH, Park HS, Lee H, Chung MJ, Moon WS, Kang MJ, Jang KY. Els patrons d'expressió de FAM83H i PANX2 estan associats amb una supervivència més curta dels pacients amb carcinoma renal de cèl·lules clares. Front Oncol. 2019; 9:14.

49. Fu Y, Sun S, Bi J, Kong C, Yin L. Una nova signatura de pronòstic de parells de gens relacionats amb la immunitat per predir la supervivència global en càncer de bufeta. BMC Càncer. 2021; 21:810.

50. Zhou X, Qiu S, Jin D, Jin K, Zheng X, Yang L, Wei Q. Desenvolupament i validació d'una signatura de pronòstic de parells de gens relacionats amb la immunitat individualitzada en el carcinoma de cèl·lules renals papil·lars. Front Genet. 2020; 11:569884.

51. Wong YN, Joshi K, Khetrapal P, Ismail M, Reading JL, Sunderland MW, Georgiou A, Furness AJ, Ben Aissa A, Ghorani E, Oakes T, Uddin I, Tan WS, et al. Limfòcits derivats de l'orina com a mesura no invasiva del microambient immune del tumor de la bufeta. J Exp Med. 2018; 215:2748–59.

52. Luo C, Chen J, Chen L. Exploració de perfils d'expressió gènica i microambient immune entre grups de càrrega de mutació tumoral alta i baixa en càncer de pròstata. Int Immunofarmacol. 2020; 86:106709.

53. Şenbabaoğlu Y, Gejman RS, Winer AG, Liu M, Van Allen EM, de Velasco G, Miao D, Ostrovnaya I, Drill E, Luna A, Weinhold N, Lee W, Manley BJ, et al. Error a: La caracterització del microambient immune del tumor en el carcinoma de cèl·lules renals de cèl·lules clares identifica signatures d'ARN missatger rellevants per a aliats pronòstics i immunoterapèutics. Genoma Biol. 2017; 18:46.

54. Greten FR, Grivennikov SI. Inflamació i càncer: desencadenants, mecanismes i conseqüències. Immunitat. 2019; 51:27–41.

55. Crusz SM, Balkwill FR. Inflamació i càncer: avenços i nous agents. Nat Rev Clin Oncol. 2015; 12:584–96.

56. Cassetta L, Pollard JW. Orientació als macròfags: enfocaments terapèutics en càncer. Nat Rev Drug Discov. 2018; 17:887–904.

57. Ngambenjawong C, Gustafson HH, Pun SH. Avenços en la terapèutica dirigida als macròfags associats al tumor (TAM). Adv Drug Deliv Rev. 2017; 114:206–21.

58. Shi YR, Xiong K, Ye X, Yang P, Wu Z, Zu XB. Desenvolupament d'una signatura pronòstica per al càncer de bufeta basada en gens relacionats amb el sistema immunitari. Ann Transl Med. 2020; 8:1380.

59. Zheng X, Zhou X, Xu H, Jin D, Yang L, Shen B, Qiu S, Ai J, Wei Q. Una nova signatura del parell immunogènic que revela les característiques del microentorn tumoral i el pronòstic d'immunoteràpia del càncer de bufeta invasiu muscular. . Front Genet. 2021; 12:764184.

60. Zhang LH, Li LQ, Zhan YH, Zhu ZW, Zhang XP. Identificació d'una signatura IRGP per predir el pronòstic i l'eficiència immunoterapèutica en el càncer de bufeta. Front Mol Biosci. 2021; 8:607090.

61. Tao Z, Zhang E, Li L, Zheng J, Zhao Y, Chen X. Un model de risc unit d'11 parells de gens relacionats amb la immunitat i etapa clínica per a la predicció de la supervivència global en pacients amb carcinoma de cèl·lules renals de cèl·lules clares. Bioenginyeria. 2021; 12:4259–77.

Biao Xie 1, Kangjie Li 1, Hong Zhang 1, Guichuan Lai 1, Dapeng Li 2, Xiaoni Zhong1.

1. Departament de Bioestadística, Escola de Salut Pública i Gestió, Universitat Mèdica de Chongqing, Chongqing, Xina

2. Institut d'Hepatologia, Centre Nacional d'Investigació Clínica de Malalties Infeccioses, Hospital del Tercer Poble de Shenzhen, Shenzhen, Xina