发表杂志名称: Journal of Experimental & Clinical Cancer Research
影响因子: 11.4
主要作者及单位:
主要作者: Dongjie Chen
单位: Department of General Surgery, Pancreatic Disease Center, Ruijin Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai 200025, China
Online时间: 2024年4月7日
本研究探讨了乳酸代谢（LM）与癌症免疫治疗反应之间的关系。通过分析40个不同癌症的单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据集，建立了一种新的LM相关特征（LM.SIG），并利用多种机器学习算法验证其在预测免疫治疗反应和生存预后方面的能力。研究结果表明，LM.SIG与抗肿瘤免疫呈显著负相关，且可以作为预测免疫治疗反应的有效工具。此外，LDHA被识别为潜在的治疗靶点，能够改善胰腺癌的免疫治疗效果。
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Figure 2: LM.SIG的开发
在这部分结果中，首先通过对两组免疫治疗scRNA-seq数据（GSE115978和GSE123813）进行GSVA分析，计算出肿瘤细胞的LM分数。结果显示，LM水平在非应答患者（NR）中显著升高（p<0.001），表明LM与免疫治疗反应呈负相关。随后，分析了40个pan-cancer scRNA-seq数据集，筛选出与LM相关的上调基因，形成了84个基因的LM.SIG。通过反应通路分析，LM.SIG主要富集在乳酸代谢相关和肿瘤信号通路中。总结而言，这部分结果确认了LM.SIG的存在及其与免疫治疗反应的负相关性。
Figure 3: LM.SIG的免疫谱系
通过TCGA pan-cancer数据集的GSVA分析，计算LM.SIG分数与75个免疫相关基因的表达之间的关系。结果表明，LM.SIG与免疫相关基因表达呈显著负相关，且高LM.SIG分数的肿瘤中抗肿瘤免疫细胞的浸润显著减少。进一步的分析还显示，LM.SIG与多种免疫抑制通路的富集正相关，暗示高LM.SIG水平可能导致免疫抑制微环境的形成。因此，这部分结果强调了LM.SIG与免疫细胞浸润的负相关性。
Figure 4: LM.SIG的免疫治疗反应预测
在这部分，研究利用8个免疫治疗数据集，将患者分为训练集和验证集，应用7种机器学习算法进行模型训练。结果显示，Naïve Bayes算法在验证集中AUC值最高达到0.73，表明LM.SIG能够有效预测免疫治疗反应。Kaplan-Meier生存分析显示，低风险患者（预测为应答者）在生存期上显著优于高风险患者（预测为非应答者）。因此，这部分结果进一步验证了LM.SIG在免疫治疗反应预测中的有效性。
Figure 5: LM.SIG的生存预后评估
为了评估LM.SIG在生存预后中的应用，研究者使用SurvBenchmark设计评估了15种生存模型的表现。结果表明，MTLR_GA模型在验证集中表现最佳，与风险评分相关的高风险患者生存期显著低于低风险患者。这证明了LM.SIG不仅可以预测免疫治疗反应，还可以作为生存预后评估的有效工具。
Figure 6: LM.SIG中的潜在治疗靶点
通过对17个CRISPR数据集进行分析，研究者识别出了LDHA作为主要靶点。LDHA在多种癌症中上调，且在免疫治疗反应中表现出负相关性。LDHA的下调在胰腺癌中增强了CD8+ T细胞的抗肿瘤免疫反应和巨噬细胞的抗肿瘤极化。这部分结果强调了LDHA作为乳酸代谢相关特征的潜在治疗靶点。
Figure 7: LDHA在胰腺癌中的作用验证
在这一部分中，研究者通过一系列实验验证了LDHA在胰腺癌（PC）中的角色。首先，LDHA的敲低显著降低了患者来源的类器官（PDOs）中的乳酸水平，表明LDHA在乳酸代谢中的关键作用。随后，研究者从外周血中分离出CD8+ T细胞和CD14+单核巨噬细胞，并将其与LDHA敲低的PDOs共同培养。显微观察和CTG（细胞增殖试剂盒）检测显示，LDHA敲低显著抑制了PDOs的生长速率，且IHC染色结果显示，sh-LDHA组中Ki-67的表达显著降低，指示细胞增殖能力减弱。
进一步分析了共培养系统中CD8+ T细胞和巨噬细胞的表现。RT-qPCR结果显示，与对照组（sh-NC）相比，sh-LDHA组中CD8+ T细胞的杀伤基因（如IFNG、GZMB、PDCD1和CTLA4）表达显著上升，而M2相关巨噬细胞标志物（如CD206和CD163）的表达显著下降，M1相关标志物（如IL1A、IL1B和CD80）则显著上升。这表明，LDHA的下调促进了CD8+ T细胞的抗肿瘤活性，并使巨噬细胞向抗肿瘤M1极化转变。
最后，在C57小鼠中建立了KPC亚皮肿瘤模型，并注射抗PD-1抗体。结果显示，sh-LDHA组在抗PD-1治疗中表现出更显著的肿瘤缩小效果，且IHC结果证实sh-LDHA组肿瘤中免疫细胞浸润明显增多，肿瘤增殖速率降低。因此，这部分结果强调了LDHA在胰腺癌免疫微环境中的重要作用，暗示其下调可以增强免疫治疗的效果。
本研究通过系统分析乳酸代谢与癌症免疫治疗反应的关系，提出了一种新的LM.SIG特征，并验证了其在多种癌症中预测免疫治疗反应和生存预后的能力。研究发现LDHA是一个关键的治疗靶点，能够增强免疫治疗的效果。这些发现为未来的肿瘤免疫治疗提供了新的思路和方向。
