Část Ⅱ Identifikace a ověření imunitně podmíněných genových párů Podpis pro tři urologické rakoviny

Výsledek

1. Stanovení a vyhodnocení IRGPI

Do této studie bylo zahrnuto celkem 2,700 pacientů se třemi urologickými rakovinami, včetně 835 pacientů s rakovinou močového měchýře, 888 pacientů s rakovinou prostaty a 977 pacientů s rakovinou ledvin. Jak je znázorněno na doplňkovém obrázku 1, 1 622 pacientů v kohortách TCGA bylo použito jako soubor metatréninkových dat. Dalších 1078 pacientů ze sedmi souborů dat GEO a dvou souborů dat ICGC tvořilo soubor dat pro metavalidaci. Mezi 2 483 IRG z databáze ImmPort bylo 606 IRG naměřeno na všech platformách a splnilo kritéria (MAD > 0.5) na všech nezávislých tréninkových sadách. Na základě 606 IRG bylo zkonstruováno 183 315 IRGP. Po odstranění těch, které nebyly sdíleny mezi všemi datovými sadami nebo s konstantním řazením v jakémkoli datovém souboru, bylo 18 041 IRGP ponecháno a vybráno pro další analýzu. Nejprve bylo odfiltrováno 10 943 IRGP pomocí jednorozměrného Coxova regresního modelu v souboru metatréninkových dat. Pro další screening kandidátských IRGP bylo LASSO provedeno 30krát, aby se vybraly ty, které se objevily více než 15krát z 30 analýz. Jako výsledek bylo vybráno 25 IRGP a 41 unikátních IRG. Multivariační Coxův regresní model byl poté použit k získání predikčního modelu založeného na IRGP a generování IRGPI skóre pro všechny vzorky. Pacienti v meta-tréninkové kohortě byli klasifikováni do skupin s nízkým a vysoce imunním rizikem pomocí mediánu IRGPI (-1.216973). Mezi nízkorizikovými a vysoce rizikovými skupinami v metatréninkové kohortě byly významně odlišné prognózy z hlediska RFS (obrázek 1A, poměr rizik [HR] 6,078, 95procentní interval spolehlivosti [CI] 4.754-7,769 ; P < 2×10-16). IRGPI by také mohl rozdělit pacienty do podskupin s výrazně odlišným RFS v tréninkové kohortě rakoviny močového měchýře (obrázek 1B, HR 2,308, 95% CI 1.660- 3.210; P=3×{{55} } ), rakovina prostaty (obrázek 1C, HR 3,054, 95 procent CI 1.778-5,245; P=2×10-5) a rakovina ledvin (obrázek 1D, HR 5,582, 95 procent CI 3.899-7.992; P < 2×10-16). K vyhodnocení schopnosti IRGPI předpovídat prognózu byly použity křivky ROC závislé na čase. Hodnoty plochy pod křivkou (AUC) v predikci 1-, 3-, 5- a 10-roční RFS pacientů byly 0,816, 0,818, 0,828 a 0,763, v tomto pořadí, v meta-tréninkové kohortě (doplňkový obrázek 2A). Když byli pacienti stratifikováni podle různých stádií nádoru, pohlaví a věkových skupin, skupiny s nízkým a vysokým IRGPI zůstaly významně odlišné pro RFS a vyšší skóre IRGPI bylo spojeno s významně horší prognózou (obrázek 2). Pacienti s vysokým IRGPI a pokročilým stadiem nádoru měli nejvyšší RFS ze všech pacientů v kohortě metatréninku (doplňkový obrázek 2B). Vícerozměrné analýzy naznačovaly, že IRGPI byl nezávislý prognostický faktor (HR 4,22, 95procentní CI 3.23- 5.52; P < 2×10-16) po úpravě podle věku a stádia.

2. Validace IRGPI

Externí validační kohorty byly použity k potvrzení schopnosti IRGPI předpovídat RFS pacientů se třemi urologickými karcinomy v různých populacích. Stejné IRGP byly použity k výpočtu IRGPI a pacienti byli také klasifikováni do skupin s nízkým a vysokým rizikem. RFS pacientů ve skupinách s nízkým a vysokým IRGPI se významně lišily v metavalidační kohortě (obrázek 3A, HR 3,326, 95% CI 2.623-4.217; P < 2×10-16), validace datový soubor rakoviny močového měchýře (obrázek 3B, HR 3,987, 95procentní CI 2.641-6.019; P=1×{{20}}), validační datový soubor rakoviny prostaty (obrázek 3C, HR 3,277, 95 procent CI 2.275-4,719; P=2×10-11) a soubor validačních dat rakoviny ledvin (obrázek 3D, HR 2,523, 95 procent CI 1.529-4.165; P=2×10-4). Křivky čas-ROC vykazovaly stabilní prediktivní schopnosti s {{40}}, 3-, 5- a 10-roky AUC 0,794, 0,764, 0,739, respektive 0,605 (doplňkový obrázek 2C). Podobně pacienti s vysokým IRGPI a pokročilým stadiem nádoru měli nejvyšší RFS mezi pacienty v metavalidační kohortě (doplňkový obrázek 2D). V souladu s tréninkovými kohortami byl IRGPI schopen rozdělit pacienty do významně odlišných skupin z hlediska RFS ve většinou nezávislých validačních kohortách (doplňkový obrázek 3). Pokud vezmeme v úvahu pacienty s onemocněním v časném nebo posledním věku, pacienty mužského pohlaví a pacienty starší 60 let, zůstalo IRGPI vysoce prognostické a vyšší skóre IRGPI bylo spojeno s významně horší prognózou (obrázek 4). Po úpravě podle věku a stádia v Coxových regresních analýzách zůstal IRGPI nezávislým prognostickým faktorem v metavalidační kohortě (HR 2,15, 95% CI 1.45-3.19; P=0.000149; ).

3. Funkční analýza a infiltrující imunitní obsah související s IRGPI

41 unikátních IRG jsou relevantní pro IRGPI v meta-tréninkové kohortě se podílely hlavně na imunitní a zánětlivé odpovědi, cytokinové aktivitě a chemotaxi (obrázek 5). Různé imunitní infiltráty byly obohaceny v meta-tréninkové kohortě a makrofágy M2, T buňky CD8, T buňky CD4 s klidovou pamětí, makrofágy M0 a makrofágy M1 vykazovaly vyšší početnost (obrázek 6A). Mezi nimi byla procenta makrofágů M0, makrofágů M1 a makrofágů M2 mezi rizikovými skupinami IRGPI významně odlišná (obrázek 6B). Kromě toho byly tyto výsledky ověřeny v metavalidačních kohortách, ve kterých bylo obohaceno stejných pět imunitních infiltrátů s vyšším výskytem imunitních buněk (obrázek 6C). Procenta makrofágů M1 a makrofágů M2 se také významně lišila mezi rizikovými skupinami IRGPI (obrázek 6D).

4. Nomogram založený na IRGPI a klinických faktorech

Univariační Coxova regresní analýza ukázala, že věk, stadium a skóre IRGPI byly významnými prediktory prognózy. Abychom stanovili kvantitativní přístup pro predikci RFS, provedli jsme nomogram založený na prognostických faktorech (IRGPI, věk a stádium) v souborech metatréninku a metavalidace (obrázek 7A, 7B). Spolehlivost nomogramů byla hodnocena pomocí kalibračního grafu. V důsledku toho byly čárové segmenty v kalibračních grafech blízko 45stupňové linii, což naznačuje vynikající shodu mezi predikcí a pozorováním v kohortě meta-tréninku (doplňkový obrázek 4A–4D) a kohortě metavalidace (doplňkový obrázek 4E -4H).

Pro získání klikněte semdoplňky Cistanche

Diskuse

V této studii jsme vyvinuli signaturu založenou na 25 IRGP, abychom simultánně předpověděli prognózu rakoviny močového měchýře, včetně rakoviny močového měchýře, prostaty a ledvin. Signatura prokázala robustní schopnost předpovídat RFS nádorů moči v tréninkových kohortách a vícenásobných validačních kohortách. Náš podpis by také mohl rozlišit různé RFS v definovaných skupinách pacientů (např. v raném stádiu) ve stratifikovaných analýzách. Zkonstruovaný nomogram založený na skóre IRGPI a klinických prognostických faktorech byl schopen kvantitativně předpovědět míru RFS u pacientů s rakovinou močového měchýře, prostaty a ledvin.

Pacienti s karcinomem močového měchýře [36], prostaty [37] a ledvin [38] mají značné riziko relapsu, a to i po chirurgické resekci. Použití různých adjuvantních terapií, zejména u pacientů v časném stadiu, zůstává sporné [39]. Spolehlivé prognostické biomarkery jsou naléhavě potřeba k identifikaci pacientů s vyšším rizikem relapsu a výběru pacientů, kteří reagují na terapii. K predikci prognózy karcinomu močového měchýře [40–42], prostaty [43–45] a ledviny bylo vyvinuto mnoho signatur založených na genové expresi [46–48]. Společnou nevýhodou těchto studií však byly technické zkreslení způsobené normalizací expresních profilů odvozených z různých platforem pomocí RNA-Seq nebo mikročipů. Na základě relativního pořadí genové exprese se podpis IRGP v této studii zaměřil na párová srovnání v rámci profilu genové exprese vzorků. Potřeba normalizace dat byla v nejvyšší míře eliminována a bylo zabráněno technickým předsudkům mezi různými platformami při kombinování více profilů genové exprese. Několik výzkumníků identifikovalo signatury IRGP související s prognózou pacientů s rakovinou moči; například Fu et al. našli nový podpis IRGP, který měl významnou prognostickou hodnotu při predikci celkového přežití u karcinomu močového měchýře [49]. Výzkumníci v jižní Číně také vyvinuli IRGP k predikci prognózy pacientů s papilárním renálním karcinomem [50]. Tyto studie však postrádaly dostatečné ověření kvůli relativně malé velikosti vzorku a mohly předpovědět prognózu pouze jednoho nádoru. V této studii jsme integrovali rozsáhlé datové sady z různých platforem, abychom identifikovali podpis IRGP. Signatura mohla současně předpovídat RFS tří hlavních urologických nádorů a po ověření byla robustní. Proto může být náš podpis účelně povýšen na klinické použití.

Standardizované Cistanche

Nádorové imunitní mikroprostředí koreluje s prognózou karcinomu močového měchýře [22, 51], prostaty [23, 52] a ledvin [24, 53]. V éře imunoterapie mohou prognostické biomarkery relevantní pro nádorové imunitní mikroprostředí prolomit novou cestu k identifikaci nových prognostických biomarkerů. V této studii byla většina IRG zapojených do našeho imunitního podpisu cytokiny, antimikrobiální látky a cytokinové receptory, které úzce souvisejí s imunitní odpovědí a zánětlivými procesy. Analýza obohacení také ukázala, že IRG relevantní pro imunitní podpis se podílely hlavně na imunitní a zánětlivé odpovědi a cytokinové aktivitě. U hlavních nádorů močového systému bylo zjištěno zvýšené zánětlivé mikroprostředí. Toto zjištění bylo v souladu s předchozími studiemi, které prokázaly, že vznik a progrese nádorů souvisí se zvýšeným zánětlivým mikroprostředím [54, 55]. Různé imunitní buňky, jako jsou neutrofily a makrofágy, se účastní procesu zánětlivé reakce nádorů. Makrofágy korelují se špatnou prognózou u mnoha rakovin [56, 57]. V této studii jsme zjistili, že hladina infiltrace makrofágu M1 ve skupině s vysokým rizikem imunitního systému významně vzrostla. Dysregulovaný imunitní kontext může vést k rozdílům v přežití pozorovaných mezi rizikovými skupinami, jak je definováno pomocí IRGPI. Pozoruhodné je, že úroveň infiltrace makrofágů M1 u vysoce rizikových a nízkorizikových skupin je ve výzkumu nekonzistentní [49, 50, 58–61]. Z těchto studií jsou dvě v souladu s naším výsledkem [50, 58], tři z nich uvádějí, že neexistuje žádný významný rozdíl [59–61] a pouze jeden výzkum je v rozporu s naším [49]. Nekonzistence v úrovni infiltrace makrofágů M1 mohou souviset s rozdíly ve studované populaci, to znamená, že vzorky, které generují skóre rizika, jsou různé.

Je třeba poznamenat, že tato studie měla omezení. Za prvé, prognostický podpis 25 IRGP byl založen na retrospektivní studii, ačkoliv bylo pro důslednou validaci použito devět souborů dat. Naše výsledky by měly být dále validovány v prospektivních kohortách s různými atributy vzorku. Zadruhé, náš prognostický podpis musí být také ověřen kvantitativní polymerázovou řetězovou reakcí v reálném čase, než může být klinicky aplikován. Za třetí jsme odstranili IRGP s konstantními hodnotami, abychom snížili vliv dávkových efektů mezi různými platformami, ale dávkové efekty nelze eliminovat.

Cistanche prášek

Závěrem lze říci, že našich 25 podpisů IRGP je slibným a robustním prognostickým biomarkerem pro predikci RFS rakoviny močového měchýře, prostaty a ledvin, včetně rakovin v raném stádiu. Kromě toho byl tento podpis spojen s infiltrací podskupin imunitních buněk a imunitní reakcí, což ukazuje na souvislosti mezi imunitním mikroprostředím a těmito rakovinami, a proto by mohl pomoci formulovat personalizovanou strategii imunoterapie. Přestože klinická užitečnost našeho podpisu musí být ověřena v prospektivních studiích, naše studie přesto poskytla panel slibných prognostických markerů integrací rozsáhlých souborů dat.

Účinek extraktu Cistanche na zlepšení močového systému

Extrakt z cistanche pochází z rostliny cistanche deserticola, která se v čínské medicíně tradičně používá pro své zdravotní přínosy. Jeho účinnost při zlepšování močového systému je jednou z jeho dobře známých vlastností.

Studie prokázaly, že extrakt z Cistanche obsahuje řadu bioaktivních sloučenin, které mají antioxidační a protizánětlivé účinky. Tyto sloučeniny mohou pomoci chránit před oxidačním stresem, zánětem a poškozením buněk v močovém systému. To vede ke zlepšení funkce a snížení rizika urologických onemocnění.

Jednou z oblastí, kde extrakt Cistanche prokázal slibné výsledky, je zlepšení symptomů spojených s benigní hyperplazií prostaty (BPH). BPH je stav, kdy se prostata zvětšuje a stlačuje močovou trubici, což způsobuje symptomy močení, jako je zvýšená urgence, frekvence, slabý průtok a neúplné vyprázdnění močového měchýře.

Výzkum naznačuje, že extrakt z Cistanche může zmírnit tyto příznaky snížením velikosti prostaty. Dosahuje to inhibice aktivity enzymu zvaného 5-alfa-reduktáza, který přeměňuje testosteron na dihydrotestosteron (DHT), hormon stimulující růst prostaty. Snížením hladiny DHT extrakt z Cistanche zabraňuje dalšímu zvětšování prostaty a zlepšuje močové příznaky.

Extrakt z cistanche má také protizánětlivé účinky, které mohou prospívat jiným onemocněním močových cest, jako jsou infekce močových cest (UTI) a intersticiální cystitida (IC). Oba stavy způsobují zánět stěny močového měchýře, což vede k častému močení, urgenci, bolesti a nepohodlí. Snížením zánětu může extrakt z Cistanche poskytnout úlevu od těchto příznaků.

Závěrem lze říci, že schopnost extraktu z Cistanche zlepšit močový systém je odvozena od jeho protizánětlivých a antioxidačních vlastností. Ačkoli je výzkum stále v raných fázích, dosavadní důkazy naznačují, že extrakt z Cistanche může být účinnou léčebnou možností pro léčbu onemocnění močových cest, jako je BPH, UTI a IC. Je však důležité poznamenat, že jednotlivci by měli vždy projednat jakékoli potenciální doplňky stravy s kvalifikovaným poskytovatelem zdravotní péče, aby se ujistili, že jsou bezpečné a vhodné pro jejich individuální potřeby.

Výhody Cistanche

Reference

36. Wang X, Ding Y, Wang J, Wu Y. Identifikace klíčových faktorů souvisejících s rakovinou močového měchýře pomocí třívrstvé sítě lncRNA-miRNAmRNA. Přední 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 a European Association of Urology. Pokyny EAU pro rakovinu prostaty. Část II: Léčba pokročilého, recidivujícího a kastračně rezistentního karcinomu prostaty. Eur Urol. 2014; 65:467–79.

38. Kelsey R. Karcinom ledvin: ccrcc1-4 klasifikace pro predikci relapsu. Nat Rev Urol. 2018; 15:205.

39. Roberts ME, Aynardi JT, Chu CS. Uterinní leiomyosarkom: Přehled literatury a aktualizace možností léčby. Gynecol 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 jako prognostický marker pro uroteliální karcinom močového měchýře: multicentrická externí validační studie. 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. Prognostická síla signatury nádorového diferenciačního genu pro uroteliální karcinomy močového měchýře. 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. Genová exprese FOXA1 pro definování molekulárních podtypů svalově invazivní rakoviny močového měchýře po radikální cystektomii. 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. Integrativní klinická analýza transkriptomu odhaluje závislost prognostických biomarkerů na TMPRSS2-ERG u adenokarcinomu prostaty. Int J Cancer. 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. Vývoj a ověření 32-genového prognostického indexu pro progresi rakoviny prostaty. Proč 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. Krajina prognostických odlehlých genů u vysoce rizikového karcinomu prostaty. Clin Cancer Res. 2016; 22:1777–86.

46. ​​Liang T, Sang S, Shao Q, Chen C, Deng Z, Wang T, Kang Q. Abnormální exprese a prognostický význam EPB41L1 u ledvinového renálního jasnobuněčného karcinomu na základě data miningu. Cancer Cell Int. 2020; 20:356.

47. Yang CA, Huang HY, Yen JC, Chang JG. Prognostická hodnota profilování genů souvisejících s RNASEH2A, CDK1- a CD151-pro rakovinu ledvin. 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. Expresní vzorce FAM83H a PANX2 jsou spojeny s kratším přežitím pacientů s karcinomem ledviny z jasných buněk. Přední Oncol. 2019; 9:14.

49. Fu Y, Sun S, Bi J, Kong C, Yin L. Nový prognostický podpis genového páru souvisejícího s imunitou pro predikci celkového přežití u rakoviny močového měchýře. BMC rakovina. 2021; 21:810.

50. Zhou X, Qiu S, Jin D, Jin K, Zheng X, Yang L, Wei Q. Vývoj a validace prognostického podpisu individualizovaných imunitně souvisejících genových párů u papilárního renálního karcinomu. Přední 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 a kol. Lymfocyty získané z moči jako neinvazivní měřítko imunitního mikroprostředí nádoru močového měchýře. J Exp Med. 2018; 215:2748–59.

52. Luo C, Chen J, Chen L. Zkoumání profilů genové exprese a imunitního mikroprostředí mezi skupinami s vysokou a nízkou zátěží nádorovými mutacemi u rakoviny prostaty. Int Immunopharmacol. 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 a kol. Chyba k: Charakterizace mikroprostředí nádorového imunitního systému u karcinomu ledvin z jasných buněk identifikuje signatury prognostické a imunoterapeuticky relevantní messenger RNA. Genome Biol. 2017; 18:46.

54. Greten FR, Grivennikov SI. Zánět a rakovina: Spouštěče, mechanismy a důsledky. Imunita. 2019; 51:27–41.

55. Crusz SM, Balkwill FR. Zánět a rakovina: pokroky a nové látky. Nat Rev Clin Oncol. 2015; 12:584–96.

56. Cassetta L, Pollard JW. Cílení na makrofágy: terapeutické přístupy u rakoviny. Nat Rev Drug Discov. 2018; 17:887–904.

57. Ngambenjawong C, Gustafson HH, Pun SH. Pokrok v terapeutikách cílených na makrofágy spojené s nádorem (TAM). Adv Drug Deliv Rev. 2017; 114:206–21.

58. Shi YR, Xiong K, Ye X, Yang P, Wu Z, Zu XB. Vývoj prognostického podpisu pro rakovinu močového měchýře na základě genů souvisejících s imunitou. 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. Nový podpis páru imunity a genu odhalující vlastnosti mikroprostředí nádoru a prognóza imunoterapie u svalově invazivní rakoviny močového měchýře . Přední Genet. 2021; 12:764184.

60. Zhang LH, Li LQ, Zhan YH, Zhu ZW, Zhang XP. Identifikace podpisu IRGP pro předpovídání prognózy a imunoterapeutické účinnosti u rakoviny močového měchýře. Přední Mol Biosci. 2021; 8:607090.

61. Tao Z, Zhang E, Li L, Zheng J, Zhao Y, Chen X. Model jednotného rizika 11 imunitně souvisejících genových párů a klinického stadia pro predikci celkového přežití u pacientů s karcinomem ledvin ze světlých buněk. Bioinženýrství. 2021; 12:4259–77.

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

1. Ústav biostatistiky, School of Public Health and Management, Chongqing Medical University, Chongqing, Čína

2. Hepatologický ústav, Národní centrum klinického výzkumu infekčních nemocí, Shenzhen Third People's Hospital, Shenzhen, Čína