文章信息
发表杂志名称：Journal for ImmunoTherapy of Cancer
影响因子：10.3
online 时间：2025 年 2 月 25 日
- 研究概述
肺癌预后和治疗效果评估面临挑战，翻译后修饰（PTMs）对肺癌预后的影响尚待探索。本研究运用机器学习技术，分析 1231 例肺腺癌（LUAD）患者数据，构建翻译后修饰学习特征（PTMLS）。经多个免疫治疗队列验证，PTMLS 能有效预测免疫治疗反应。研究发现 B4GALT2 是 PTMLS 关键分子，高表达与 LUAD 不良预后相关，且参与免疫排斥。抑制 B4GALT2 可增强 CD8+ T 淋巴细胞功能，提升抗程序性细胞死亡蛋白 1 免疫治疗效果。PTMLS 可作为预后和免疫治疗适用性的预测生物标志物，为 LUAD 治疗提供新策略。
- 研究结果
模式图
PTM 相关标记物的研究：
作者对 GTEx 和 TCGA 数据集进行批次效应消除后，通过差异表达分析，识别出区分 LUAD 与正常组织的 PTMRGs（图 2A）。经生存相关性分析，发现 31 个具有预后意义的 PTMRGs（图 2B）。利用 GO 和 KEGG 通路对这些基因进行功能注释，显示其参与泛素化、组蛋白修饰和糖基化级联反应（图 2C、D）。对七个 LUAD 转录组数据集进行数据协调，通过 ssGSEA 分析发现肿瘤组织中 S - 亚硝基化活性升高（图 2E）。绘制 PTMRG 染色体分布图和表达模式图（图 2F），CNV 分析记录了影响这些基因座的频繁基因组改变（图 2G）。作者通过一系列分析，明确了 LUAD 中 PTM 相关标记物及其功能和基因组特征。
PTMLS：一种新的预后和免疫治疗反应预测指标：
作者整合 31 个与生存相关的 PTMRGs，利用机器学习构建 PTMLS，并在 TCGA 数据上开发模型，在六个独立的 GEO 队列中进行验证。通过比较多种算法的平均C 指数，确定 Stepcox（both）+SuperPC 为最优算法（图 3A）。PTMLS 在所有研究队列中均显示出强大的预后分层能力，高评分与不良预后相关（图 3B - H）。在三个 LUAD 特异性队列和五个不同癌症数据集的验证中，PTMLS 对免疫治疗反应具有预测作用，低 PTMLS 评分与更好的免疫治疗结果相关（图 3I - K、图 3M - P）。在四个有治疗反应记录的 NSCLC 队列分析中，发现应答者的 PTMLS 评分显著低于无应答者（图 3L）。通过 TCIA 衍生的免疫表型评分评估，低 PTMLS 组对免疫治疗的适用性更高（图 3Q - T）。作者构建的 PTMLS 可有效预测 LUAD 患者的预后和免疫治疗反应，在多种癌症类型中表现出良好的预测性能。
PTMLS预后性能的临床验证：
作者对比分析七个独立队列，发现 PTMLS 的预测准确性优于传统临床参数，其 C 指数更高（图 4A）。基于 PTMLS 成分基因的 PCA 可视化显示，高、低评分组聚类明显，存在生物学差异（图 4B）。ROC 分析证实 PTMLS 具有强大的预后能力，在多个数据集的 1 年、3 年和 5 年生存预测中，曲线下面积超过 0.65（图 4C）。与 98 个已建立的 LUAD 特征相比，PTMLS 的 C 指数得分最优（图 4D）。临床相关性分析表明，PTMLS 评分升高与死亡率增加、T/N 分期进展和疾病总体进展相关（图 S2A）。表达谱分析显示，高 PTMLS 病例中模型基因普遍上调，UBE2C 在多种癌症类型中显著过表达（图 S2B）。泛癌 PTMLS 分布分析和通路富集研究表明，PTMLS 与肿瘤增殖相关通路存在显著相关性（图 S3A、S3B）。作者通过多种分析方法，充分验证了 PTMLS 在临床预后预测方面的优势和与肿瘤进展的相关性。
基因组改变及其与 PTMLS 状态的关系：
作者对 PTMLS 亚组进行基因组稳定性分析，发现高 PTMLS 病例染色体畸变增加（图 S4A、B）。突变分析显示高 PTMLS 组肿瘤突变负荷（TMB）升高，主要影响 TP53 等多个基因（图 S4C）。CNV 分析进一步证实高 PTMLS 肿瘤基因组不稳定（图 S4D - G）。虽然 PTMLS 与 TMB 呈正相关，但生存分析发现，低 TMB 且高 PTMLS 的患者预后最差（图 S4J）。作者揭示了 PTMLS 亚组的基因组改变特征，以及 PTMLS 与 TMB 的关系及其对患者预后的影响。
PTMLS 对细胞相互作用和免疫微环境的影响：
作者通过单细胞分析，经降维和标记基因分析鉴定出 11 个不同的细胞群体（图 S5A、B）。细胞类型特异性表达图谱显示，B4GALT2 在肿瘤细胞中优先表达，ZDHHC5 和 UBE2V2 主要标记免疫细胞群体（图 S5C）。PTMLS 分层显示，其评分与免疫细胞丰度呈负相关（图 S5D）。细胞间通讯分析表明，PTMLS_high 群体的信号网络活性增强，免疫抑制通路如 TGFB、SPP1 和 VEGF 显著上调（图 S5E - I），PTMLS_high 细胞双向信号传导能力增强（图 S5J）。作者发现 PTMLS 在调节肿瘤微环境组成和细胞间通讯方面起重要作用，促进肿瘤细胞增殖并建立免疫抑制微环境。
PTMLS 作为肿瘤免疫景观的决定因素：
作者对 PTMLS 亚组进行综合免疫分析，发现低 PTMLS 肿瘤中 CD8+ T 细胞、B 细胞和 NK 细胞浸润增强（图 5A）。ssGSEA 分析显示，低 PTMLS 病例中免疫细胞增多，II 型干扰素反应和抗原呈递通路激活（图 5B）。免疫调节基因分析表明，低 PTMLS 肿瘤上调 MHC II 类和共刺激分子，高 PTMLS 病例则激活 MHC I 类分子（图 5C）。TIDE 算法预测低 PTMLS 患者免疫治疗反应潜力更高（图 5D）。ESTIMATE 分析显示，PTMLS 与肿瘤纯度正相关，与免疫评分负相关（图 5E）。通过 TCGA H&E 切片的组织学验证，证实低 PTMLS 肿瘤淋巴细胞浸润增加（图 5F）。作者证明 PTMLS 可作为预测免疫反应和治疗分层的潜在生物标志物，不同 PTMLS 亚组具有不同的免疫景观特征。
B4GALT2：LUAD 进展和免疫反应的关键决定因素：
作者分析发现 B4GALT2 表达与 PTMLS 评分强相关，是 PTMLS 模型的核心成分（图 6A）。多个队列研究显示，B4GALT2 高表达预示患者生存较差（图 6B - H）。HPA 免疫组化证实肿瘤组织中 B4GALT2 表达高于正常肺组织（图 6I - L）。临床相关性研究表明，B4GALT2 水平与 MPR 和 CD8A 表达呈负相关（图 6M - O）。不同治疗组的表达分析显示，MPR 病例中 B4GALT2 水平最低，初治患者中最高（图6P）。肿瘤免疫微环境特征显示，B4GALT2 表达与免疫评分和 ESTIMATE 评分负相关，与肿瘤纯度正相关（图 6Q）。作者确定 B4GALT2 是 LUAD 的新型预后标志物和免疫反应调节因子，其表达与患者预后和免疫微环境相关。
B4GALT2 与 CD8+ T 细胞分布的临床意义：
作者分析机构队列，发现基于 CD8+ T 细胞浸润模式的不同表型具有不同的预后意义，沙漠表型患者死亡率和淋巴转移增加（图 7A）。根据 CD8+ T 细胞分布将样本分为沙漠、排除和炎症三种表型，并展示了代表性组织学图像（图 7B）。生存分析证实沙漠表型患者 DFS 和 OS 显著降低（图 7C、D）。B4GALT2 表达在不同表型中存在差异，沙漠表型中最高，炎症表型中最低（图 7E）。基于 IHC 的 B4GALT2 分层显示，高表达病例生存时间缩短（图 7F、G）。作者揭示 B4GALT2 表达与 CD8+ T 细胞浸润模式相关，可作为免疫冷肿瘤的标志物，预示不良预后。
B4GALT2 在免疫调节和治疗反应中的作用：
作者通过表达分析发现，B4GALT2 与关键免疫成分如趋化因子、MHC 分子和免疫调节因子呈负相关（图 8A、图 S6A）。通路分析显示，B4GALT2 与细胞周期调节因子和 EMT 正相关，与免疫过程如抗原呈递和淋巴细胞招募负相关（图 S6B）。多色免疫荧光证实 B4GALT2 表达与 CD8+ T/CD20+ B 细胞浸润存在空间排斥（图 8B）。在 A549 和 H1299 细胞中的功能研究表明，敲低 B4GALT2 显著抑制细胞增殖（图 8C - G）。体内实验显示，B4GALT2 敲低联合 PD - 1 阻断具有更强的抗肿瘤作用（图 8H - J）。作者揭示 B4GALT2 在调节免疫微环境和肿瘤生长方面的作用，敲低 B4GALT2 可增强抗肿瘤免疫反应，与 PD - 1 阻断联合治疗效果
B4GALT2 抑制通过 T 细胞激活增强抗 PD - 1 反应：
作者通过流式细胞术分析发现，B4GALT2敲低联合PD-1阻断（shB4galt2+anti-PD1）可显著增加效应免疫细胞，尤其是总 CD8+T 细胞及其活化亚群（CD44+/CD69+/GZMB+）（图 9A、B）。与对照组相比，该联合治疗使幼稚 CD8+ T 细胞（CD62L+）减少，表明T细胞从静止状态成功转化为效应状态。作者揭示 B4GALT2 抑制可通过促进 T 细胞激活和效应功能，为 PD - 1 阻断创造有利环境，增强免疫治疗效果。
- 研究总结
研究整合了 20 种 PTMs 相关数据，通过机器学习构建了翻译后修饰学习特征（PTMLS）。PTMLS 在预测 LUAD 患者预后和免疫治疗反应方面表现卓越，优于 98 种已有的 LUAD 预后指标，且在多种癌症类型中均有良好的预测性能。PTMLS 评分与免疫细胞浸润和免疫功能相关，高评分与免疫抑制的 “冷肿瘤” 表型相关，低评分则与增强的抗肿瘤免疫相关。
进一步分析发现，B4GALT2 是 PTMLS 的关键组成部分，其高表达与 LUAD 患者的不良预后相关，尤其在 CD8+ T 细胞缺乏的表型中。B4GALT2 表达与免疫细胞浸润呈负相关，且在肿瘤细胞增殖中起重要作用。体内外实验表明，抑制 B4GALT2 可抑制肿瘤细胞增殖，增强 CD8+ T 细胞功能，提高抗程序性细胞死亡蛋白 1（PD - 1）免疫治疗的疗效。
本研究表明 PTMLS 可作为预测 LUAD 预后和免疫治疗适用性的生物标志物，为个性化治疗提供指导。B4GALT2 作为新发现的免疫排斥调节因子，为 LUAD 治疗和免疫治疗优化提供了新的潜在靶点。然而，研究存在局限性，如 B4GALT2 验证缺乏多中心临床数据，且未深入研究其糖基化相关机制。未来研究应扩大验证范围，深入探索 B4GALT2 的糖基化机制，并开发基于 B4GALT2 的靶向治疗策略，以改善 LUAD 患者的预后和生活质量。
