研究背景：免疫檢查點抑制劑(ICI)治療，如針對PD-L1、PD1和細胞毒性T淋巴細胞相關蛋白4 (CTLA4)的治療，已顯示出顯著的生存優勢。但是患者對ICI治療的反應率低，高醫療費用限制其應用。研究發現免疫微環境(TME)等多種因素影響ICI的有效性。了解頭頸部鱗狀細胞癌(HNSCC)的TME，并找到有價值的生物標志物預測免疫治療對HNSCC患者的個體化作用具有重要意義。中山大學腫瘤中心陳月等分析了免疫相關基因預后指數(IRGPI) 在HNSCC的免疫治療中的預后能力（Clin Cancer Res /10.107）。

技術路線圖：

研究結果：

1. 免疫相關基因

在差異表達分析中(502例腫瘤vs 44例正常樣本)，將得到3877個差異表達基因與從ImmPort和InnateDB中獲得免疫相關基因進行比較分析，得到差異表達的免疫相關基因1131個，其中上調基因860個，下調基因271個。對候選基因進行WGCNA分析獲得免疫相關基因(n = 1131)。度數為k的節點個數的對數值log(k), 與該節點出現的概率對數(log(p(k)))呈現負相關, 相關系數大于0.85。1131個基因被分配到7個模塊中。根據Pierson相關系數，藍色和藍綠色模塊與HNSCC腫瘤密切相關，閾值>20的前50個免疫相關中樞基因. K-M分析結果顯示，22個免疫相關基因的表達與HNSCC患者OS密切相關，顯著富集在糖尿病并發癥中的AGE-RAGE信號通路、在癌癥中的轉錄錯誤和長壽調節通路

2. 不同IRGPI組的生存結果

多因素COX回歸分析22個免疫相關中樞基因中的獨立預后基因。如圖1A和1B，SFRP4、CPXM1和COL5A1這3個基因顯著影響HNSCC患者的OS。單因素Cox回歸分析顯示年齡、IRGPI、HPV狀態和分期與HNSCC的預后顯著相關。多因素Cox回歸分析證實，在校正了其他臨床病理因素后，IRGPI是獨立的預后因素(圖1C)。高IRGPI患者的OS優于低IRGPI患者 (圖1D)。然后，使用HNSCC數據集(n = 270)驗證IRGPI的作用。如圖1E所示，IRGPI高亞組患者預后明顯優于IRGPI低亞組患者。

3. 不同IRGPI亞群的分子特征

GSEA分析顯示，高IRGPI樣本的基因集富集于DNA修復和免疫應答相關通路(圖2A)，而低IRGPI樣本的基因集在腫瘤和腫瘤轉移相關通路中富集(圖2B)。之后，文章分析了基因突變以進一步了解IRGPI亞群的免疫學特征。高IRGPI組的突變數明顯高于IRGPI低亞組；并確定了IRGPI亞群中突變率最高的10個基因(圖2C)。兩組中TP53、TTN、CDKN2A、CSMD3、FRG1B、MUC16、NOTCH1、FAT1的突變率均高于15%。在高IRGPI亞群中SYNE1和NSD1基因的突變常見，而在-低IRGPI亞群中PIK3CA和LRP1B基因的突變更為常見。文章又探討了IRGPI評分與PD-L1表達及TMB之間的關系。發現IRGPI評分與TMB略有相關，而IRGPI評分與PD-L1無顯著相關關系。

4. 不同IRGPI亞群的免疫特性

為分析不同IRGPI亞群中免疫細胞的組成，文章采用Wilcoxon檢驗比較不同IRGPI亞群中免疫細胞的分布。我們發現CD8 T細胞，初始CD4 T細胞，激活記憶CD4 T細胞、休眠NK細胞和M1巨噬細胞在高IRGPI亞群中含量豐富，而IRGPI-低亞組以原始B細胞、休眠記憶CD4 T細胞和M2巨噬細胞為主(圖3A)。圖3B顯示了與免疫表型相關的特征，包括不同IRGPI亞群的臨床病理特征。文章應用特定的基因標記定義不同IRGPI亞群之間的免疫和分子功能。在高水平組中CD8 T細胞、MHC I類細胞、損傷修復細胞較多；而在低水平組中，免疫抑制細胞和信號以及腫瘤和轉移相關信號較多。而且，上皮-間質轉化、TGF-和WNT相關信號評分越高的患者預后越差，而P53突變越多、CD8 T細胞越多、M1巨噬細胞越多的患者預后越好；說明IRGPI的預后價值可能源于較好免疫控制和腫瘤生長侵襲性降低。

5. IRGPI組與其它分子亞型和免疫分型的關系

HNSCC包括三種免疫亞型:非免疫亞型、免疫衰竭亞型和免疫活性亞型。從圖4A中我們可以發現，兩組非免疫樣本的比例幾乎是均等的，但高IRGPI組的免疫活性樣本多于低IRGPI組的免疫衰竭樣本。圖4B中可以看出，低IRGPI中IS1、IS5亞型較多，而高IRGPI中IS4亞型較多。在大規模的HNSCC基因組分析研究IRGPI組中四種不同的分子亞型，即非典型、基礎、經典和間質的分布。低IRGPI組包括16%的非典型樣本，22%的基礎樣本，19%的經典樣本和43%的間質亞型樣本，而高IRGPI組包括36%的非典型樣本，37%的基礎樣本，15%的經典樣本和13%的間質樣本(圖4C)。典型亞型在兩組間幾乎均勻分布，但高IRGPI組的非典典性和基底性標本多于低IRGPI組，間質標本較少。

6. ICI治療不同IRGPI亞組的療效

TIDE評估免疫治療在不同IRGPI亞群中的潛在臨床療效。TIDE預測得分越高，表示免疫逃避可能性越高，提示患者從ICI治療中獲益的可能性越小。如圖5高IRGPI組的TIDE評分低于低IRGPI組，提示高IRGPI患者比低IRGPI患者更能從ICI治療中獲益。低TIDE分數高的IRGPI組可能比高TIDE分數低的IRGPI組有更好的預后。同時，文章發現IRGPI-高亞組有較高的微衛星不穩定性(MSI)評分，而IRGPI-低亞組有較高的T細胞排斥評分，但在T細胞功能障礙方面兩亞組無差異。此外，我們評估了抗PDL-1治療的兩組UC患者中IRGPI的預后價值(16,17)。從圖5B和圖5C可以看出，高IRGPI患者比低IRGPI患者的OS更好。

TIS組在12個月和18個月的隨訪中AUCs更好，IRGPI組在18個月和24個月的隨訪中AUCs更好。因此，我們認為在兩個組中，IRGPI對OS的預測價值與18基因t細胞炎癥標記(TIS)和TIDE相當。