国自然热门领域肿瘤免疫关键通路——cGAS-STING

2018年，肿瘤免疫疗法获得诺贝尔生理学或医学奖，这开启开肿瘤免疫治疗的大门，这也被称为“抗癌药物第三次革命”。诸多生物医药公司布局肿瘤免疫疗法，促进肿瘤免疫成为当前研究热点。肿瘤免疫在国自然基金申请上也呈爆发趋势，基金中标数逐年递增且增量可观。研究方向主要涉及：肿瘤治疗，肿瘤免疫，自身免疫，机体损伤修复。

今天我们讲一篇关于肿瘤免疫的热门通路——cGAS-STING的文章，本文章没有实验，纯生信分析，比较友好。题名为An Analysis of the Expression and Association with Immune Cell Infiltration of the cGAS/STING Pathway in Pan-Cancer，影响因子7.032。该通路近年来受到肿瘤免疫相关领域学者的广泛关注，并且高分文章层出不穷。这项研究检测了cGAS / STING信号通路中四个关键分子（cGAS，STING，TBK1和IRF3）的表达谱，探讨了它们在免疫细胞浸润人类肿瘤组织中的潜在作用，并揭示了其价值分析癌症全基因组癌症基因组图谱（TCGA）数据来预测癌症患者的预后。

泛癌中基于MB21D1，TMEM173，TBK1和IRF3的表达普遍提高了cGAS / STING信号

首先通过TCGA数据库分析MB21D1，TMEM173，TBK1和IRF3在18种肿瘤组织和对照组织中的表达。与正常组织相比，在大多数恶性肿瘤类型中，MB21D1 mRNA的表达显着增加，但在胰腺腺癌（PAAD），甲状腺腺癌（THCA），皮肤皮肤黑色素瘤（SKCM）和子宫内膜子宫内膜癌（UCEC）中表达没有显着差异，只有前列腺腺癌（PRAD）下调。结直肠癌（COAD）、肾肾透明细胞癌（KIRC）、胃腺癌（STAD）和THCA中肿瘤组织中TMEM173的表达显著上调，而在肺腺癌（LUAD）、肺鳞癌（LUSC）、PRAD和UCEC中，TMEM173的表达显著下调. 半数以上的恶性肿瘤中检测到TBK1的表达上调，包括膀胱癌（BLCA）、乳腺癌（BRCA）、COAD、头颈部鳞癌（HNSC）、KIRC、肾乳头状细胞癌（KIRP）、肝细胞癌（LIHC）、LUAD、LUSC，只有UCEC中下调。除了PAAD和SKCM外，几乎所有检测到的癌症类型都上调了IRF3基因表达。考虑到这些分子在cGAS/STING信号传导中的关键作用，这些分子在大多数检测到的癌症类型中的高表达意味着这种信号在泛癌中普遍升高。

MB21D1，TMEM173，TBK1和IRF3的启动子甲基化水平在不同类型的恶性肿瘤中有所不同

在本研究中发现，cGAS/STING信号在泛癌中普遍增强，为了揭示这些分子上调的机制，通过分析泛癌中的MethHC数据库，研究了MB21D1、TMEM173、TBK1和IRF3基因启动子的甲基化状态。结果表明，MB21D1基因的启动子在宫颈鳞癌（CESC）、KIRC、KIRP和PAAD中显著低甲基化，但在COAD、LIHC、LUSC和PRAD中显著高甲基化。TMEM173基因在COAD、HNSC、KIRC、PAAD、SKCM和THCA中显著低甲基化，但在BRCA、LUAD、LUSC、PRAD和UCEC中呈高甲基化。TBK1基因启动子的甲基化水平在LIHC和THCA中缺乏，在CESC、KIRC、LUSC和PAAD中升高。IRF3基因启动子的甲基化水平仅在PRAD中缺失，但在KIRC、LUSC和PAAD中升高。

MB21D1、TMEM173、TBK1和IRF3基因的体细胞突变率较高

先前的研究中TMEM173基因中的SNP导致的STING对cGAMP的感知能力受损，表明基因突变也可能影响cGAS/STING信号的活性。因此，评估了MB21D1、TMEM173、TBK1和IRF3基因在泛癌中的突变状态。结果表明，在所有的基因型中，TBEM21173的突变频率与TMB173相似。MB21D1基因的前三个最高突变率分别出现在COAD、READ和UCEC中，TMEM173基因的前三个最高突变率出现在COAD、SKCM和UCEC中。此外，TBK1基因最高的三个突变率出现在CESC、COAD和UCEC中。对于IRF3基因，前三位最高的突变率出现在BLCA、READ和UCEC中。MB21D1、TMEM173、TBK1和IRF3基因的最高突变率都出现在UCEC中，这表明UCEC中的cGAS/STING信号可能受到明显的损害。

肿瘤微环境中MB21D1、TMEM173、TBK1、IRF3基因表达与肿瘤微环境免疫浸润的相关性分析

  动物模型的证据表明cGAS/STING信号在抗肿瘤免疫中起重要作用。因此，评估了cGAS/STING信号中四个关键分子的表达与肿瘤微环境中免疫细胞浸润的相关性，肿瘤微环境是泛癌抗肿瘤免疫的关键过程。

为了研究每种基因对免疫细胞浸润的影响，共检测了28个肿瘤浸润白细胞亚群，包括16个适应性免疫细胞和12个先天免疫细胞。MB21D1、TMEM173、TBK1或IRF3的表达与这些TIL之间的相关性如图，其中节点大小表示相关性显著性，颜色表示相关性程度。发现MB21D1的表达主要与泛癌中CD4 T细胞、CD8 T细胞、T辅助细胞和自然杀伤T（NKT）细胞的浸润有关，而TMEM173与泛癌中所有免疫细胞的浸润几乎呈正相关，尤其是在BLCA、BRCA、LIHC、PRAD和THCA。然而，TBK1和IRF3对免疫浸润的影响主要为阴性，TBK1的表达仅与泛癌中CD4 T细胞（包括活化的CD4 T细胞、效应记忆CD4 T细胞和2型辅助T细胞）的浸润呈正相关。相比之下，IRF3的表达与效应记忆CD4 T细胞、记忆B细胞、2型T辅助细胞和未成熟DC的浸润呈负相关，但与活化的CD8 T细胞和CD56暗淡的自然杀伤细胞的浸润呈正相关。这些结果表明cGAS/STING信号在抗肿瘤免疫中的作用并不一致。

MB21D1、TMEM173、TBK1和IRF3基因的表达可预测癌症患者的预后

通过分析cGAS/STING信号的关键分子与个体免疫细胞浸润的相关性，发现MB21D1和TMEM173的表达主要与泛癌中适应性和先天性免疫细胞的阳性浸润有关，而TBK1和IRF3的表达与免疫浸润呈负相关，提示MB21D1、TMEM173、TBK1和IRF3可能在肿瘤患者的预后中发挥不同的作用。因此，评估了MB21D1、TMEM173、TBK1和IRF3基因表达对癌症患者预后的预测价值。惊讶的是，在18种癌症类型中，MB21D1和TMEM173的表达水平不能预测任何癌症类型的预后，除非MB21D1的高表达预测COAD患者的预后不良。在LUAD中TBK1的高表达表明预后不良，但在READ患者中预测预后良好。相比之下，高IRF3表达可预测COAD、KIRC和PRAD患者的预后不良，但仅表明PAAD患者预后良好。

作者首次揭示了cGAS/STING信号在泛癌组织中高度表达。还发现，高水平上调的cGAS/STING信号与某些肿瘤类型的免疫细胞浸润呈负相关，与这些发现一致，发现高水平的cGAS/STING信号可预测某些癌症患者的预后不良。本研究提示，在临床应用刺激肽激动剂进行抗癌免疫治疗之前，有必要对cGAS/STING信号在肿瘤免疫和肿瘤进展中的作用进行深入全面的评价。