CN112280862A - 预测鼻咽癌免疫治疗疗效的标志物组及应用 - Google Patents

预测鼻咽癌免疫治疗疗效的标志物组及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了预测鼻咽癌免疫治疗疗效的标志物组及应用，所述标志物组包括ABI3、ACP5等第一组50个基因。基于第一组50个基因组成的标志物可有效将鼻咽癌患者进行免疫分型，分为免疫富集型与免疫荒漠型，方便指导患者的免疫治疗。结合由ACTN1、AEBP1等第二组50个基因组成的标志物后，可将患者区分为免疫激活型，免疫逃避型，与免疫荒漠型三个亚组，可以更为准确地指导患者的免疫治疗。通过实验证实了鼻咽癌中免疫激活型患者接受PD‑1单抗治疗的反应性显著优于其他两型（P=0.002），证实了免疫激活型患者可从PD‑1单抗免疫治疗中获益。

Description

预测鼻咽癌免疫治疗疗效的标志物组及应用
技术领域
本发明涉及肿瘤的免疫治疗领域，具体涉及预测鼻咽癌免疫治疗疗效的标志物组及应用。
背景技术
鼻咽癌是我国最为常见的头颈部肿瘤，尤为好发于华南地区，也被称之为“广东瘤”，主要是以放疗为核心，辅以化疗、靶向治疗等多学科综合治疗。随着治疗方式的革新以及规范化治疗的推行，早期鼻咽癌患者的生存率以及生活质量都获得了提高，然而中晚期鼻咽癌患者的预后仍旧不佳。因此，延长鼻咽癌患者，特别是分期较严重的中晚期患者的生存时间，提高治疗相关的生活质量，成为鼻咽癌治疗研究的焦点之一。
近些年，肿瘤免疫治疗取得飞速发展，引领了肿瘤治疗领域的重大突破，特别是以PD-1/PD-L1为代表的免疫检查点抑制剂是目前肿瘤免疫治疗较为成功的领域以及研究的热点。相关免疫治疗药物，如抗PD-1单抗纳武单抗、派姆单抗、卡瑞利珠单抗等等均在临床试验中证实可有效提高晚期鼻咽癌患者的生存率，使得鼻咽癌患者在治疗中获得更大的获益。然而免疫治疗仅对部分患者有效，亟需特异性的生物标志物能够筛选合适的鼻咽癌患者，接受免疫治疗，提高治疗获益，避免过度治疗，最终达到精准医疗。而目前仍然缺乏可有效预测鼻咽癌免疫治疗疗效的标志物。
发明内容
本发明的目的在于提供预测鼻咽癌免疫治疗疗效的标志物组及应用。
本发明所采取的技术方案是：
本发明的第一个方面，提供：
预测鼻咽癌免疫治疗疗效的标志物组，包括如下第一组50个基因：ABI3、ACP5、ADAMDEC1、AIF1、ARRB2、C1QA、C1QC、C2、C3AR1、CARD16、CASP1、CCR1、CD14、CD4、CD68、CD86、CSF1R、CTSC、CTSS、CYBB、DOK2、FCER1G、FGL2、FPR3、GBP1、GBP5、GIMAP4、GIMAP6、GRN、HAVCR2、IFI30、IL10RA、ITGB2、LAIR1、LCP2、LILRB4、MNDA、MPEG1、MYO1F、PLA2G7、PLEKHO2、SLAMF8、SLC31A2、SLC7A7、SPI1、STAT1、TCN2、THEMIS2、TMEM176B和TYROBP。
在一些实例中，通过检测肿瘤组织中第一组50个基因的mRNA表达情况，并对其进行非负矩阵分解一致性聚类法二聚类将鼻咽癌患者区分为免疫富集型患者或免疫荒漠型患者。
在一些实例中，免疫富集型亚组患者高表达与免疫激活相关的指标，如免疫富集标签、效应CD8+T细胞等，而免疫荒漠型则缺乏这一特征。
在一些实例中，还包括如下第二组50个基因：ACTN1、AEBP1、BGN、CALD1、COL12A1、COL15A1、COL1A1、COL1A2、COL3A1、COL4A1、COL4A2、COL5A1、COL5A2、COL6A1、COL6A2、COL6A3、CTHRC1、CTSK、EMILIN1、EMP1、ENG、FBLN2、FILIP1L、FN1、FSTL1、FURIN、GGT5、GREM1、ISLR、LUM、METRNL、MFAP2、MMP11、MMP2、MXRA8、MYADM、MYL9、NBL1、PCOLCE、PDGFRB、PDLIM7、PMP22、POSTN、RAB31、SPARC、SPON2、SULF1、TIMP2、TPM2和TPM4。
在一些实例中，通过检测肿瘤组织中第二组50个基因的mRNA表达情况，使用非负矩阵分解一致性聚类法二聚类进一步将免疫富集型患者区分为免疫激活型患者或免疫逃避型患者。
在一些实例中，免疫豁免相关标签(肿瘤相关成纤维肿瘤细胞和骨髓来源的抑制性细胞)在免疫逃避型患者中高表达；对于免疫耗竭相关标签，功能失调CD8+T细胞在免疫逃避型中稍高于免疫激活型，但多处于功能不可逆转状态。因此在免疫逃避型中，虽然有免疫细胞浸润但无法正常发挥抗肿瘤作用，且免疫治疗较难逆转该状态；而免疫激活型患者中则缺乏这一特征。
本发明的第二个方面，提供：
检测试剂在制备鼻咽癌免疫治疗疗效预测试剂中的应用，所述检测试剂可以定量肿瘤组织中第一组50个基因：ABI3、ACP5、ADAMDEC1、AIF1、ARRB2、C1QA、C1QC、C2、C3AR1、CARD16、CASP1、CCR1、CD14、CD4、CD68、CD86、CSF1R、CTSC、CTSS、CYBB、DOK2、FCER1G、FGL2、FPR3、GBP1、GBP5、GIMAP4、GIMAP6、GRN、HAVCR2、IFI30、IL10RA、ITGB2、LAIR1、LCP2、LILRB4、MNDA、MPEG1、MYO1F、PLA2G7、PLEKHO2、SLAMF8、SLC31A2、SLC7A7、SPI1、STAT1、TCN2、THEMIS2、TMEM176B和TYROBP的mRNA表达情况。
在一些实例中，通过检测肿瘤组织中第一组50个基因的mRNA表达情况，并对其进行非负矩阵分解一致性聚类法二聚类将鼻咽癌患者区分为免疫富集型患者或免疫荒漠型患者。
在一些实例中，免疫富集型亚组患者高表达与免疫激活相关的指标，如免疫富集标签、效应CD8+T细胞等，而免疫荒漠型则缺乏这一特征。
在一些实例中，所述检测试剂还包括可以定量肿瘤组织中第二组50个基因ACTN1、AEBP1、BGN、CALD1、COL12A1、COL15A1、COL1A1、COL1A2、COL3A1、COL4A1、COL4A2、COL5A1、COL5A2、COL6A1、COL6A2、COL6A3、CTHRC1、CTSK、EMILIN1、EMP1、ENG、FBLN2、FILIP1L、FN1、FSTL1、FURIN、GGT5、GREM1、ISLR、LUM、METRNL、MFAP2、MMP11、MMP2、MXRA8、MYADM、MYL9、NBL1、PCOLCE、PDGFRB、PDLIM7、PMP22、POSTN、RAB31、SPARC、SPON2、SULF1、TIMP2、TPM2和TPM4的mRNA表达情况。
在一些实例中，通过检测肿瘤组织中第二组50个基因的mRNA表达情况，使用非负矩阵分解一致性聚类法二聚类进一步将免疫富集型患者区分为免疫激活型患者或免疫逃避型患者。
在一些实例中，免疫豁免相关标签(肿瘤相关成纤维肿瘤细胞和骨髓来源的抑制性细胞)在免疫逃避型患者中高表达；对于免疫耗竭相关标签，功能失调CD8+T细胞在免疫逃避型中稍高于免疫激活型，但多处于功能不可逆转状态。因此在免疫逃避型中，虽然有免疫细胞浸润但无法正常发挥抗肿瘤作用，且免疫治疗较难逆转该状态；而免疫激活型患者中则缺乏这一特征。
本发明的第三个方面，提供：
预测鼻咽癌免疫治疗疗效的系统，包括：
定量患者肿瘤组织中基因mRNA表达量的装置，所述基因包括第一组50个基因：ABI3、ACP5、ADAMDEC1、AIF1、ARRB2、C1QA、C1QC、C2、C3AR1、CARD16、CASP1、CCR1、CD14、CD4、CD68、CD86、CSF1R、CTSC、CTSS、CYBB、DOK2、FCER1G、FGL2、FPR3、GBP1、GBP5、GIMAP4、GIMAP6、GRN、HAVCR2、IFI30、IL10RA、ITGB2、LAIR1、LCP2、LILRB4、MNDA、MPEG1、MYO1F、PLA2G7、PLEKHO2、SLAMF8、SLC31A2、SLC7A7、SPI1、STAT1、TCN2、THEMIS2、TMEM176B和TYROBP；
数据分析装置：基于获取的肿瘤组织中第一组50个基因mRNA表达量情况，使用非负矩阵分解一致性聚类法二聚类将患者区分为免疫富集型患者或免疫荒漠型患者；
结果展示装置：输出数据分析装置的结果。
在一些实例中，免疫富集型亚组患者高表达与免疫激活相关的指标，如免疫富集标签、效应CD8+T细胞等，而免疫荒漠型则缺乏这一特征。
在一些实例中，所述基因还包括第二组50个基因ACTN1、AEBP1、BGN、CALD1、COL12A1、COL15A1、COL1A1、COL1A2、COL3A1、COL4A1、COL4A2、COL5A1、COL5A2、COL6A1、COL6A2、COL6A3、CTHRC1、CTSK、EMILIN1、EMP1、ENG、FBLN2、FILIP1L、FN1、FSTL1、FURIN、GGT5、GREM1、ISLR、LUM、METRNL、MFAP2、MMP11、MMP2、MXRA8、MYADM、MYL9、NBL1、PCOLCE、PDGFRB、PDLIM7、PMP22、POSTN、RAB31、SPARC、SPON2、SULF1、TIMP2、TPM2和TPM4，所述数据分析装置基于获取的肿瘤组织中第二组50个基因mRNA表达量情况，使用非负矩阵分解一致性聚类法二聚类进一步将免疫富集型患者区分为免疫激活型患者或免疫逃避型患者。
在一些实例中，免疫豁免相关标签(肿瘤相关成纤维肿瘤细胞和骨髓来源的抑制性细胞)在免疫逃避型患者中高表达；对于免疫耗竭相关标签，功能失调CD8+T细胞在免疫逃避型中稍高于免疫激活型，但多处于功能不可逆转状态。因此在免疫逃避型中，虽然有免疫细胞浸润但无法正常发挥抗肿瘤作用，且免疫治疗较难逆转该状态；而免疫激活型患者中则缺乏这一特征。
本发明的有益效果是：
本发明的一些实例，可以基于第一组50个基因组成的标志物可有效将鼻咽癌患者进行免疫分型，分为免疫富集型与免疫荒漠型，方便指导患者的免疫治疗。
本发明的一些实例，进一步结合由第二组50个基因组成的标志物后，可将患者区分为免疫激活型，免疫逃避型，与免疫荒漠型三个亚组，可以更为准确地指导患者的免疫治疗。
通过实验证实了鼻咽癌中免疫激活型患者接受PD-1单抗治疗的反应性显著优于其他两型(P＝0.002)，证实了免疫激活型患者可从PD-1单抗免疫治疗中获益。
附图说明
图1是训练组患者通过非负矩阵分解聚类法聚类分析后结果；
图2是验证组1患者通过非负矩阵分解聚类法得到的不同患者的免疫亚型；
图3是验证组2患者通过非负矩阵分解聚类法得到的不同患者的免疫亚型；
图4是验证组2不同免疫亚型患者接受PD-1单抗治疗的反应性。
具体实施方式
下面将结合具体实验进一步阐述本发明，应理解，以下内容仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
通过对训练组113例经过RNA测序的鼻咽癌患者样本的基因mRNA表达情况通过非负矩阵分解(Non-negative matrix factorization)聚类法进行聚类分析，发现可将鼻咽癌患者分成免疫富集型和免疫荒漠型两种特征不同的亚组(图1)，其中免疫富集型亚组患者高表达与免疫激活相关的指标，如免疫富集标签、效应CD8+T细胞等，提示免疫富集型亚组患者可有更大可能从免疫治疗中获益，而免疫荒漠型亚组患者从免疫治疗中获益的可能性较低。
为了提取免疫富集亚型的特征标志物，使用比较标记选择法(comparativemarker selection)对比免疫富集型与免疫荒漠型两个亚组间的基因mRNA表达情况差异，取表达显著不同最为明显的前50个基因(差异倍数≥2，错误发现率<0.05)组成标志物。如表1所示：
表1. 50个基因组成的预测鼻咽癌免疫富集型的标志物
Figure BDA0002761677470000051
Figure BDA0002761677470000061
然后，在训练组43例免疫富集型患者中，进一步对其基因mRNA表达情况通过非负矩阵分解聚类法再次进行聚类分析，发现可将其分成免疫激活型和免疫逃避型两种特征不同的亚组(图1)。发明人发现免疫豁免相关标签(肿瘤相关成纤维肿瘤细胞和骨髓来源的抑制性细胞)在免疫逃避型中高表达；对于免疫耗竭相关标签，功能失调CD8+T细胞在免疫逃避型中稍高于免疫激活型，但多处于功能不可逆转状态。因此在免疫逃避型中，虽然有免疫细胞浸润但无法正常发挥抗肿瘤作用，且免疫治疗较难逆转该状态，提示免疫逃避型亚组患者从免疫治疗中获益的可能性较低。
为了提取免疫逃避亚型的特征标志物，使用比较标记选择法(comparativemarker selection)对比免疫逃避型与免疫激活型两个亚组间的基因mRNA表达情况差异，取表达显著不同最为明显的前50个基因(差异倍数≥2，错误发现率<0.05)组成标志物。如表2所示：
表2. 50个基因组成的预测鼻咽癌免疫逃避型的标志物
Figure BDA0002761677470000062
Figure BDA0002761677470000071
Figure BDA0002761677470000081
为了验证这三类免疫分型在不同鼻咽癌队列中的一致性，发明人在独立的150例鼻咽癌队列中进行了验证。在该验证组1中，使用表1中的50个基因作为标志物，对该50个基因的表达情况使用非负矩阵分解一致性聚类法进行二聚类，结果如图2所示，证实其的确可将鼻咽癌患者分成免疫富集型和免疫荒漠型亚组，其特征分布与训练组相似。结合由表2中的50个基因组成的标志物，在免疫富集型患者中对该50个基因的表达情况使用非负矩阵分解一致性聚类法进行二聚类，结果如图2所示，证实其的确可将鼻咽癌患者分成免疫激活型和免疫逃避型亚组，其特征分布与训练组相似。
为了验证鼻咽癌中免疫激活型患者是否可从免疫治疗中获益，发明人进一步在32例接受了PD-1单抗治疗患者的队列中进行了验证。
在该验证组2中，使用表1中的50个基因作为标志物，对该50个基因的表达情况使用非负矩阵分解一致性聚类法进行二聚类，结果如图3所示，证实其的确可将鼻咽癌患者分成免疫富集型和免疫荒漠型亚组，其特征分布与训练组相似。结合由表2中的50个基因组成的标志物，在免疫富集型患者中对该50个基因的表达情况使用非负矩阵分解一致性聚类法进行二聚类，结果如图3所示，证实其的确可将鼻咽癌患者分成免疫激活型和免疫逃避型亚组，其特征分布与训练组相似。
发明人进一步分析了不同免疫亚型患者接受PD-1单抗治疗后的肿瘤缩小百分比(图4)，发现免疫激活型患者缩小程度显著优于其他两型(P＝0.002)，证实了免疫激活型最能从PD-1单抗治疗中获益。

Claims (10)

1.预测鼻咽癌免疫治疗疗效的标志物组，其特征在于：包括如下第一组50个基因：ABI3、ACP5、ADAMDEC1、AIF1、ARRB2、C1QA、C1QC、C2、C3AR1、CARD16、CASP1、CCR1、CD14、CD4、CD68、CD86、CSF1R、CTSC、CTSS、CYBB、DOK2、FCER1G、FGL2、FPR3、GBP1、GBP5、GIMAP4、GIMAP6、GRN、HAVCR2、IFI30、IL10RA、ITGB2、LAIR1、LCP2、LILRB4、MNDA、MPEG1、MYO1F、PLA2G7、PLEKHO2、SLAMF8、SLC31A2、SLC7A7、SPI1、STAT1、TCN2、THEMIS2、TMEM176B和TYROBP。
2.根据权利要求1所述的标志物组，其特征在于：通过检测肿瘤组织中第一组50个基因的mRNA表达情况，并对其进行非负矩阵分解一致性聚类法二聚类将鼻咽癌患者区分为免疫富集型患者或免疫荒漠型患者。
3.根据权利要求1所述的标志物组，其特征在于：还包括如下第二组50个基因：ACTN1、AEBP1、BGN、CALD1、COL12A1、COL15A1、COL1A1、COL1A2、COL3A1、COL4A1、COL4A2、COL5A1、COL5A2、COL6A1、COL6A2、COL6A3、CTHRC1、CTSK、EMILIN1、EMP1、ENG、FBLN2、FILIP1L、FN1、FSTL1、FURIN、GGT5、GREM1、ISLR、LUM、METRNL、MFAP2、MMP11、MMP2、MXRA8、MYADM、MYL9、NBL1、PCOLCE、PDGFRB、PDLIM7、PMP22、POSTN、RAB31、SPARC、SPON2、SULF1、TIMP2、TPM2和TPM4。
4.根据权利要求3所述的标志物组，其特征在于：通过检测肿瘤组织中第二组50个基因的mRNA表达情况，使用非负矩阵分解一致性聚类法二聚类进一步将免疫富集型患者区分为免疫激活型患者或免疫逃避型患者。
5.检测试剂在制备鼻咽癌免疫治疗疗效预测试剂中的应用，其特征在于：所述检测试剂可以定量肿瘤组织中第一组50个基因：ABI3、ACP5、ADAMDEC1、AIF1、ARRB2、C1QA、C1QC、C2、C3AR1、CARD16、CASP1、CCR1、CD14、CD4、CD68、CD86、CSF1R、CTSC、CTSS、CYBB、DOK2、FCER1G、FGL2、FPR3、GBP1、GBP5、GIMAP4、GIMAP6、GRN、HAVCR2、IFI30、IL10RA、ITGB2、LAIR1、LCP2、LILRB4、MNDA、MPEG1、MYO1F、PLA2G7、PLEKHO2、SLAMF8、SLC31A2、SLC7A7、SPI1、STAT1、TCN2、THEMIS2、TMEM176B和TYROBP的mRNA表达情况。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：所述检测试剂还包括可以定量肿瘤组织中第二组50个基因ACTN1、AEBP1、BGN、CALD1、COL12A1、COL15A1、COL1A1、COL1A2、COL3A1、COL4A1、COL4A2、COL5A1、COL5A2、COL6A1、COL6A2、COL6A3、CTHRC1、CTSK、EMILIN1、EMP1、ENG、FBLN2、FILIP1L、FN1、FSTL1、FURIN、GGT5、GREM1、ISLR、LUM、METRNL、MFAP2、MMP11、MMP2、MXRA8、MYADM、MYL9、NBL1、PCOLCE、PDGFRB、PDLIM7、PMP22、POSTN、RAB31、SPARC、SPON2、SULF1、TIMP2、TPM2和TPM4的mRNA表达情况。
7.预测鼻咽癌免疫治疗疗效的系统，包括：
定量患者肿瘤组织中基因mRNA表达量的装置，所述基因包括第一组50个基因：ABI3、ACP5、ADAMDEC1、AIF1、ARRB2、C1QA、C1QC、C2、C3AR1、CARD16、CASP1、CCR1、CD14、CD4、CD68、CD86、CSF1R、CTSC、CTSS、CYBB、DOK2、FCER1G、FGL2、FPR3、GBP1、GBP5、GIMAP4、GIMAP6、GRN、HAVCR2、IFI30、IL10RA、ITGB2、LAIR1、LCP2、LILRB4、MNDA、MPEG1、MYO1F、PLA2G7、PLEKHO2、SLAMF8、SLC31A2、SLC7A7、SPI1、STAT1、TCN2、THEMIS2、TMEM176B和TYROBP；
数据分析装置：基于获取的肿瘤组织中第一组50个基因mRNA表达量情况，使用非负矩阵分解一致性聚类法二聚类将患者区分为免疫富集型患者或免疫荒漠型患者；
结果展示装置：输出数据分析装置的结果。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：所述基因还包括第二组50个基因ACTN1、AEBP1、BGN、CALD1、COL12A1、COL15A1、COL1A1、COL1A2、COL3A1、COL4A1、COL4A2、COL5A1、COL5A2、COL6A1、COL6A2、COL6A3、CTHRC1、CTSK、EMILIN1、EMP1、ENG、FBLN2、FILIP1L、FN1、FSTL1、FURIN、GGT5、GREM1、ISLR、LUM、METRNL、MFAP2、MMP11、MMP2、MXRA8、MYADM、MYL9、NBL1、PCOLCE、PDGFRB、PDLIM7、PMP22、POSTN、RAB31、SPARC、SPON2、SULF1、TIMP2、TPM2和TPM4，所述数据分析装置基于获取的肿瘤组织中第二组50个基因mRNA表达量情况，使用非负矩阵分解一致性聚类法二聚类进一步将免疫富集型患者区分为免疫激活型患者或免疫逃避型患者。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：免疫富集型亚组患者高表达与免疫激活相关的指标，而免疫荒漠型则缺乏这一特征。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：免疫豁免相关标签在免疫逃避型患者中高表达；对于免疫耗竭相关标签，功能失调CD8+ T细胞在免疫逃避型中稍高于免疫激活型，但多处于功能不可逆转状态；而免疫激活型患者中则缺乏这一特征。
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