Dio Ⅱ Identifikacija i validacija potpisa genskih parova povezanih s imunitetom za tri urološka karcinoma

Rezultati

1. Uspostavljanje i evaluacija IRGPI

Ukupno 2,700 pacijenata sa tri urološka karcinoma, uključujući 835 karcinoma mokraćne bešike, 888 raka prostate i 977 pacijenata sa karcinomom bubrega, uključeno je u ovu studiju. Kao što je prikazano na Dodatnoj slici 1, 1.622 pacijenta u TCGA kohortama korišteno je kao skup podataka za meta-trening. Još 1,078 pacijenata iz sedam GEO skupova podataka i dva ICGC skupa podataka činili su skup podataka za meta-validaciju. Među 2.483 IRG-a iz ImmPort baze podataka, 606 IRG-a je izmjereno na svim platformama i ispunjavalo je kriterije (MAD > 0.5) na svim nezavisnim setovima obuke. Na osnovu 606 IRG-ova, izgrađeno je 183.315 IRGP-ova. Nakon uklanjanja onih koji nisu podijeljeni u svim skupovima podataka ili sa stalnim redoslijedom u bilo kojem skupu podataka, 18.041 IRGP je ostavljeno i odabrano za dalju analizu. Prvo, 10.943 IRGP-a je filtrirano korištenjem univarijantnog Cox regresijskog modela u skupu podataka meta-treninga. U cilju daljeg pregleda kandidata IRGP-a, LASSO je proveden 30 puta kako bi se odabrali oni koji su se pojavili više od 15 puta od 30 analiza. Kao rezultat, odabrano je 25 IRGP-a i 41 jedinstveni IRG. Multivarijantni Cox regresijski model je zatim korišten za dobivanje modela predviđanja zasnovanog na IRGP-u i generiranje IRGPI rezultata za sve uzorke. Pacijenti u kohorti meta-treninga klasifikovani su u grupe sa niskim i visokim imunološkim rizikom korištenjem medijane IRGPI (-1.216973). Postojale su značajno različite prognoze u pogledu RFS između grupa niskog i visokog rizika u kohorti meta-treninga (Slika 1A, omjer opasnosti [HR] 6,078, 95 posto intervala pouzdanosti [CI] 4.754-7.769 P < 2×10-16). IRGPI bi također mogao podijeliti pacijente u podgrupe sa značajno različitim RFS-om u grupi za obuku raka mokraćne bešike (Slika 1B, HR 2.308, 95 posto CI 1.660- 3.210; P=3×{{55} } ), rak prostate (Slika 1C, HR 3.054, 95 posto CI 1.778-5.245; P=2×10-5 ) i rak bubrega (slika 1D, HR 5.582, 95 posto CI 3.899-7.992; P < 2×10-16). Vremenski zavisne ROC krive su korištene za procjenu sposobnosti IRGPI da predvidi prognozu. Vrijednosti površine ispod krive (AUC) u predviđanju 1-, 3-, 5- i 10- godina RFS pacijenata bile su 0,816, 0,818, 0,828 i 0,763, respektivno, u kohorti meta-treninga (dodatna slika 2A). Kada su pacijenti bili stratifikovani prema različitim stadijumima tumora, polovima i starosnim grupama, grupe sa niskim i visokim IRGPI su ostale značajno različite za RFS, a viši IRGPI skor je bio povezan sa značajno lošijom prognozom (Slika 2). Pacijenti sa visokim IRGPI i uznapredovalim stadijem tumora imali su najveći RFS među svim pacijentima u kohorti meta-treninga (dodatna slika 2B). Multivarijantne analize sugerirale su da je IRGPI nezavisan prognostički faktor (HR 4,22, 95 posto CI 3.23- 5.52; P < 2×10-16) nakon prilagođavanja starosti i stadija.

2. Validacija IRGPI

Eksterne validacijske kohorte su korištene da se potvrdi sposobnost IRGPI da predvidi RFS pacijenata sa tri urološka karcinoma u različitim populacijama. Isti IRGP su korišteni za izračunavanje IRGPI, a pacijenti su također klasifikovani u nisko i visoko rizične grupe. RFS pacijenata u grupama sa niskim i visokim IRGPI značajno se razlikovao u kohorti meta-validacije (slika 3A, HR 3.326, 95 posto CI 2.623-4.217; P < 2×10-16), validacija skup podataka o karcinomu mokraćne bešike (Slika 3B, HR 3.987, 95 posto CI 2.641-6.019; P=1×{{20}}), skup podataka za validaciju karcinoma prostate (Slika 3C, HR 3.277, 95 posto CI 2.275-4.719; P=2×10-11), i skup podataka validacije raka bubrega (Slika 3D, HR 2.523, 95 posto CI 1.529-4.165; P=2×10-4). Vremensko-ROC krive su pokazale stabilne prediktivne sposobnosti, sa {{40}}, 3-, 5- i 10-godišnjim AUC-ima od 0.794, 0,764, 0,739 i 0,605, respektivno (dodatna slika 2C). Slično, pacijenti sa visokim IRGPI i uznapredovalim stadijem tumora imali su najveći RFS među pacijentima u kohorti meta-validacije (dopunska slika 2D). U skladu sa kohortama obuke, IRGPI je bio u mogućnosti da podijeli pacijente u značajno različite grupe u smislu RFS u uglavnom nezavisnim kohortama za validaciju (dodatna slika 3). Kada se razmatraju pacijenti sa bolešću rane ili najnovije dobi, muški pacijenti i pacijenti stariji od 60 godina, IRGPI je ostao visoko prognostičan, a viši IRGPI skor je bio povezan sa značajno lošijom prognozom (Slika 4). Nakon prilagođavanja starosti i stadija u Cox regresijskim analizama, IRGPI je ostao nezavisni prognostički faktor u kohorti meta-validacije (HR 2,15, 95 posto CI 1.45-3.19; P=0.000149; ).

3. Funkcionalna analiza i infiltrirajući imunološki sadržaj vezan za IRGPI

41 jedinstveni IRG relevantni za IRGPI u kohorti meta-treninga uglavnom su bili uključeni u imunološki i inflamatorni odgovor, aktivnost citokina i hemotaksiju (slika 5). Različiti imuni infiltrati su obogaćeni u kohorti meta-treninga, a makrofagi M2, T ćelije CD8, T ćelije CD4 memorije u mirovanju, Makrofagi M0 i Makrofagi M1 pokazali su veću brojnost (Slika 6A). Među njima, procenti makrofaga M0, makrofaga M1 i makrofaga M2 bili su značajno različiti između IRGPI rizičnih grupa (Slika 6B). Nadalje, ovi rezultati su potvrđeni u kohortama meta-validacije u kojima je obogaćeno istih pet imunoloških infiltrata sa većim brojem imunoloških ćelija (slika 6C). Procenti makrofaga M1 i makrofaga M2 takođe su se značajno razlikovali između IRGPI rizičnih grupa (Slika 6D).

4. Nomogram zasnovan na IRGPI i kliničkim faktorima

Univarijantna Cox regresiona analiza je pokazala da su starost, stadijum i IRGPI skor bili značajni prediktori prognoze. Da bismo uspostavili kvantitativni pristup za predviđanje RFS-a, izveli smo nomogram zasnovan na prognostičkim faktorima (IRGPI, starost i stadijum) u skupovima meta-treninga i meta-validacije (Slike 7A, 7B). Pouzdanost nomograma procijenjena je kalibracijskim dijagramom. Kao rezultat toga, segmenti linija na kalibracionim dijagramima bili su blizu linije od 45 stepeni, što ukazuje na odlično slaganje između predviđanja i posmatranja u kohorti meta-treninga (dodatna slika 4A-4D) i kohorti meta-validacije (dodatna slika 4E –4H).

Kliknite ovdje da dobijeteCistanche suplementi

Diskusija

U ovoj studiji razvili smo potpis zasnovan na 25 IRGP-a za istovremeno predviđanje prognoze raka urinarnog trakta, uključujući rak mokraćne bešike, prostate i bubrega. Potpis je pokazao snažnu sposobnost predviđanja RFS karcinoma urinarnog sistema u kohortama za obuku i višestrukim kohortama za validaciju. Naš potpis bi takođe mogao razlikovati različite RFS u definisanim grupama pacijenata (npr. u ranoj fazi) u stratifikovanim analizama. Konstruisani nomogram na osnovu IRGPI skora i kliničkih prognostičkih faktora je bio u stanju da kvantitativno predvidi stope RFS kod pacijenata sa karcinomom bešike, prostate i bubrega.

Pacijenti sa karcinomom mokraćne bešike [36], prostate [37] i bubrega [38] imaju značajan rizik od relapsa, čak i nakon hirurške resekcije. Upotreba različitih adjuvantnih terapija, posebno kod pacijenata u ranoj fazi, ostaje sporna [39]. Hitno su potrebni pouzdani prognostički biomarkeri za identifikaciju pacijenata s većim rizikom za recidiv i odabir pacijenata koji imaju odgovore na terapije. Mnogi potpisi zasnovani na ekspresiji gena razvijeni su za predviđanje prognoze raka mokraćne bešike [40–42], prostate [43–45] i raka bubrega [46–48]. Međutim, zajednički nedostatak u tim studijama bile su tehničke pristranosti uzrokovane normalizacijom profila ekspresije izvedenih sa različitih platformi korištenjem RNA-Seq ili mikronizova. Na osnovu relativnog rangiranja ekspresije gena, potpis IRGP-a u ovoj studiji fokusiran je na poređenje u paru unutar profila genske ekspresije uzoraka. Potreba za normalizacijom podataka je u najvećoj mjeri eliminirana, a izbjegnute su tehničke predrasude između različitih platformi pri kombinovanju višestrukih profila ekspresije gena. Nekoliko istraživača je identifikovalo potpise IRGP-a koji se odnose na prognozu pacijenata sa rakom urinarnog sistema; na primjer, Fu et al. otkrili su novi potpis IRGP-a koji je imao značajnu prognostičku vrijednost u predviđanju ukupnog preživljavanja kod raka mokraćne bešike [49]. Istraživači u južnoj Kini su također razvili IRGP za predviđanje prognoze pacijenata sa papilarnim karcinomom bubrežnih stanica [50]. Međutim, ove studije nisu imale dovoljnu validaciju zbog relativno male veličine uzorka i mogle su predvideti samo prognozu jednog tumora. U ovoj studiji smo integrisali velike skupove podataka sa više platformi kako bismo identifikovali potpis IRGP-a. Potpis je mogao istovremeno predvidjeti RFS tri glavna urološka tumora i bio je robustan nakon verifikacije. Stoga se naš potpis može svrsishodno unaprijediti u kliničku upotrebu.

Standardized Cistanche

Mikrookruženje tumorskog imunološkog okruženja je u korelaciji sa prognozom raka mokraćne bešike [22, 51], prostate [23, 52] i raka bubrega [24, 53]. U eri imunoterapije, prognostički biomarkeri relevantni za imunološko mikrookruženje tumora mogu probiti novi put za identifikaciju novih prognostičkih biomarkera. U ovoj studiji, većina IRG uključenih u naš imunološki potpis bili su citokini, antimikrobni lijekovi i citokinski receptori, koji su usko povezani s imunološkim odgovorom i upalnim procesima. Analiza obogaćivanja je također pokazala da su IRG relevantni za imunološki potpis uglavnom uključeni u imunološki i inflamatorni odgovor i aktivnost citokina. U glavnim tumorima urinarnog sistema pronađeno je povećano upalno mikrookruženje. Ovaj nalaz je u skladu s prethodnim studijama koje su pokazale da su formiranje i napredovanje tumora povezani s povećanim inflamatornim mikrookruženjem [54, 55]. Različite imunološke stanice poput neutrofila i makrofaga uključene su u proces upalnog odgovora tumora. Makrofagi su u korelaciji sa lošom prognozom kod mnogih karcinoma [56, 57]. U ovoj studiji otkrili smo da je nivo infiltracije makrofaga M1 u imunorizičnoj grupi značajno povećan. Disregulirani imunološki kontekst može rezultirati razlikama u preživljavanju uočenim između rizičnih grupa prema definiciji IRGPI. Treba napomenuti da je nivo infiltracije M1 makrofaga u grupama visokog i niskog rizika nedosledan u istraživanjima [49, 50, 58–61]. Od ovih studija, dvije su u skladu s našim rezultatom [50, 58], tri navode da nema značajne razlike [59–61], a samo je jedno istraživanje suprotno našem [49]. Nedosljednosti u nivou infiltracije M1 makrofaga mogu biti povezane s razlikama u populaciji u ispitivanju, odnosno, uzorci koji generiraju rezultate rizika su različiti.

Treba napomenuti da su u ovoj studiji postojala ograničenja. Prvo, prognostički potpis 25 IRGP-a bio je zasnovan na retrospektivnoj studiji, iako je devet skupova podataka korišteno za rigoroznu validaciju. Naše rezultate treba dalje potvrditi u potencijalnim kohortama s različitim atributima uzorka. Drugo, naš prognostički potpis također treba biti potvrđen kvantitativnom lančanom reakcijom polimeraze u realnom vremenu prije nego što se može klinički primijeniti. Treće, uklonili smo IRGP-ove sa konstantnim vrijednostima kako bismo smanjili utjecaj paketnih efekata između različitih platformi, ali se efekti serije ne mogu eliminirati.

Cistanche prah

Zaključno, naših 25 IRGP-ova potpis je obećavajući i robustan prognostički biomarker za predviđanje RFS karcinoma mokraćne bešike, prostate i bubrega, uključujući rak u ranoj fazi. Štaviše, ovaj potpis je bio povezan s infiltracijom podskupova imunoloških stanica i imunološkim odgovorom, što ukazuje na povezanost između imunološkog mikrookruženja i tih karcinoma, te bi stoga mogao pomoći u formuliranju personalizirane strategije imunoterapije. Iako kliničku korisnost našeg potpisa treba potvrditi u prospektivnim studijama, naša studija je ipak pružila panel obećavajućih prognostičkih markera integracijom velikih skupova podataka.

Efekat ekstrakta Cistanche na poboljšanje urinarnog sistema

Ekstrakt cistanchea dobiva se iz biljke Cistanche Deserticola, koja se tradicionalno koristi u kineskoj medicini zbog svojih zdravstvenih prednosti. Njegova efikasnost u poboljšanju urinarnog sistema jedno je od njegovih dobro poznatih svojstava.

Istraživanja su pokazala da ekstrakt Cistanche sadrži niz bioaktivnih spojeva koji imaju antioksidativno i protuupalno djelovanje. Ova jedinjenja mogu pomoći u zaštiti od oksidativnog stresa, upale i oštećenja ćelija u urinarnom sistemu. To dovodi do poboljšanja funkcije i smanjenja rizika od uroloških bolesti.

Jedno područje u kojem je ekstrakt Cistanche pokazao obećavajuće rezultate je u poboljšanju simptoma povezanih s benignom hiperplazijom prostate (BPH). BHP je stanje u kojem se prostata povećava i komprimira mokraćnu cijev, što uzrokuje simptome urinarnog trakta kao što su pojačana urgentnost, učestalost, slab protok i nepotpuno pražnjenje mokraćnog mjehura.

Istraživanja sugeriraju da ekstrakt Cistanchea može ublažiti ove simptome smanjenjem veličine prostate. To čini tako što inhibira aktivnost enzima zvanog 5-alfa-reduktaza, koji pretvara testosteron u dihidrotestosteron (DHT), hormon koji stimuliše rast prostate. Smanjenjem nivoa DHT, ekstrakt Cistanchea sprečava dalje povećanje prostate i poboljšava simptome mokrenja.

Ekstrakt cistanche takođe ima antiinflamatorne efekte koji mogu da utiču na druga stanja urinarnog trakta, kao što su infekcije urinarnog trakta (UTI) i intersticijski cistitis (IC). Oba stanja uzrokuju upalu zida mokraćne bešike, što dovodi do učestalosti mokrenja, hitnosti, bola i nelagode. Smanjenjem upale, ekstrakt Cistanchea može pružiti olakšanje od ovih simptoma.

U zaključku, sposobnost ekstrakta Cistanchea da poboljša urinarni sistem proizlazi iz njegovih protuupalnih i antioksidativnih svojstava. Iako su istraživanja još u ranoj fazi, dosadašnji dokazi sugeriraju da ekstrakt Cistanchea može biti efikasna opcija za liječenje stanja urinarnog trakta kao što su BHP, UTI i IC. Bez obzira na to, važno je napomenuti da bi pojedinci uvijek trebali razgovarati o svim potencijalnim dodacima u ishrani sa kvalifikovanim zdravstvenim radnicima kako bi bili sigurni da je siguran i prikladan za njihove individualne potrebe.

Cistancheove prednosti

Reference

36. Wang X, Ding Y, Wang J, Wu Y. Identifikacija ključnih faktora povezanih s rakom mjehura pomoću troslojne mreže lncRNA-miRNAmRNA. Front Genet. 2020; 10:1398.

37. Heidenreich A, Bastian PJ, Bellmunt J, Bolla M, Joniau S, van der Kwast T, Mason M, Matveev V, Wiegel T, Zattoni F, Mottet N, i European Association of Urology. EAU smjernice za rak prostate. Dio II: Liječenje uznapredovalog, relapsirajućeg raka prostate otpornog na kastraciju. Eur Urol. 2014; 65:467–79.

38. Kelsey R. Rak bubrega: ccrcc1-4 klasifikacija za predviđanje relapsa. Nat Rev Urol. 2018; 15:205.

39. Roberts ME, Aynardi JT, Chu CS. Leiomiosarkom materice: Pregled literature i ažurirane opcije liječenja. Gynecol Oncol. 2018; 151:562–72.

40. Shariat SF, Karakiewicz PI, Godoy G, Karam JA, Ashfaq R, Fradet Y, Isbarn H, Montorsi F, Jeldres C, Bastian PJ, Nielsen ME, Müller SC, Sagalowsky AI, Lotan Y. Survivin kao prognostički marker za urotelni karcinom mokraćne bešike: multicentrična studija eksterne validacije. Clin Cancer Res. 2009; 15:7012–9.

41. Mo Q, Nikolos F, Chen F, Tramel Z, Lee YC, Hayashi K, Xiao J, Shen J, Chan KS. Prognostička moć genskog potpisa za diferencijaciju tumora za urotelne karcinome mokraćne bešike. J Natl Cancer Inst. 2018; 110:448–59.

42. Sikić D, Eckstein M, Wirtz RM, Jarczyk J, Worst TS, Porubsky S, Keck B, Kunath F, Weyerer V, Breyer J, Otto W, Rinaldetti S, Bolenz C, et al. Ekspresija gena FOXA1 za definiranje molekularnih podtipova mišićno-invazivnog raka mokraćne bešike nakon radikalne cistektomije. J Clin Med. 2020; 9:994.

43. Gerke JS, Orth MF, Tolkach Y, Romero-Pérez L, Wehweck FS, Stein S, Musa J, Knott MM, Hölting TL, Li J, Sannino G, Marchetto A, Ohmura S, et al. Integrativna klinička analiza transkriptoma otkriva TMPRSS2-ERG ovisnost prognostičkih biomarkera kod adenokarcinoma prostate. Int J Cancer. 2020; 146:2036–46.

44. Wu CL, Schroeder BE, Ma XJ, Cutie CJ, Wu S, Salunga R, Zhang Y, Kattan MW, Schnabel CA, Erlander MG, McDougal WS. Razvoj i validacija 32-genskog prognostičkog indeksa za progresiju raka prostate. Proc Natl Acad Sci USA. 2013; 110:6121–6.

45. Zhao SG, Evans JR, Kothari V, Sun G, Larm A, Mondine V, Schaeffer EM, Ross AE, Klein EA, Den RB, Dicker AP, Karnes RJ, Erho N, et al. Pejzaž prognostičkih izvanrednih gena u visokorizičnom karcinomu prostate. Clin Cancer Res. 2016; 22:1777–86.

46. ​​Liang T, Sang S, Shao Q, Chen C, Deng Z, Wang T, Kang Q. Abnormalna ekspresija i prognostički značaj EPB41L1 u bubrežnom karcinomu jasnih ćelija bubrega na osnovu prikupljanja podataka. Cancer Cell Int. 2020; 20:356.

47. Yang CA, Huang HY, Yen JC, Chang JG. Prognostička vrijednost profilisanja gena vezanih za RNASEH2A-, CDK1- i CD151- za karcinom bubrega. Int J Mol Sci. 2018; 19:1586.

48. Kim KM, Hussein UK, Bae JS, Park SH, Kwon KS, Ha SH, Park HS, Lee H, Chung MJ, Moon WS, Kang MJ, Jang KY. Obrasci ekspresije FAM83H i PANX2 povezani su sa kraćim preživljavanjem pacijenata sa karcinomom bubrega sa čistim ćelijama. Front Oncol. 2019; 9:14.

49. Fu Y, Sun S, Bi J, Kong C, Yin L. Novi prognostički potpis para gena vezan za imunitet za predviđanje ukupnog preživljavanja kod raka mokraćne bešike. BMC Cancer. 2021; 21:810.

50. Zhou X, Qiu S, Jin D, Jin K, Zheng X, Yang L, Wei Q. Razvoj i validacija individualiziranog prognostičkog potpisa genskih parova povezanih s imunitetom kod papilarnog karcinoma bubrežnih stanica. Front Genet. 2020; 11:569884.

51. Wong YN, Joshi K, Khetrapal P, Ismail M, Reading JL, Sunderland MW, Georgiou A, Furness AJ, Ben Aissa A, Ghorani E, Oakes T, Uddin I, Tan WS, et al. Limfociti izvedeni iz urina kao neinvazivna mjera imunološkog mikrookruženja tumora mokraćne bešike. J Exp Med. 2018; 215:2748–59.

52. Luo C, Chen J, Chen L. Istraživanje profila ekspresije gena i imunološkog mikrookruženja između grupa sa visokim i niskim opterećenjem tumorskim mutacijama kod raka prostate. Int Immunopharmacol. 2020; 86:106709.

53. Şenbabaoğlu Y, Gejman RS, Winer AG, Liu M, Van Allen EM, de Velasco G, Miao D, Ostrovnaya I, Drill E, Luna A, Weinhold N, Lee W, Manley BJ, et al. Erratum to: Karakterizacija tumorskog imunološkog mikrookruženja u karcinomu bubrežnih ćelija bistrih ćelija identifikuje prognostičke i imunoterapeutske saveznike relevantne RNA potpise. Genome Biol. 2017; 18:46.

54. Greten FR, Grivennikov SI. Upala i rak: okidači, mehanizmi i posljedice. Imunitet. 2019; 51:27–41.

55. Crusz SM, Balkwill FR. Upala i rak: napredak i novi agensi. Nat Rev Clin Oncol. 2015; 12:584–96.

56. Cassetta L, Pollard JW. Ciljanje na makrofage: terapijski pristupi kod raka. Nat Rev Drug Discov. 2018; 17:887–904.

57. Ngambenjawong C, Gustafson HH, Pun SH. Napredak u terapiji ciljanoj na tumorske makrofage (TAM). Adv Drug Deliv Rev. 2017; 114:206–21.

58. Shi YR, Xiong K, Ye X, Yang P, Wu Z, Zu XB. Razvoj prognostičkog potpisa za rak mokraćne bešike na osnovu gena povezanih sa imunitetom. Ann Transl Med. 2020; 8:1380.

59. Zheng X, Zhou X, Xu H, Jin D, Yang L, Shen B, Qiu S, Ai J, Wei Q. Novi potpis para imuno-gena koji otkriva karakteristike mikrookruženja tumora i imunoterapijska prognoza mišićno-invazivnog raka mokraćnog mjehura . Front Genet. 2021; 12:764184.

60. Zhang LH, Li LQ, Zhan YH, Zhu ZW, Zhang XP. Identifikacija IRGP potpisa za predviđanje prognoze i imunoterapeutske efikasnosti kod raka mokraćne bešike. Front Mol Biosci. 2021; 8:607090.

61. Tao Z, Zhang E, Li L, Zheng J, Zhao Y, Chen X. Ujedinjeni model rizika od 11 parova gena povezanih sa imunitetom i klinički stadijum za predviđanje ukupnog preživljavanja kod pacijenata sa karcinomom bubrežnih ćelija bistrih ćelija. Bioinženjering. 2021; 12:4259–77.

Biao Xie 1, Kangjie Li 1, Hong Zhang 1, Guichuan Lai 1, Dapeng Li 2, Xiaoni Zhong1.

1. Odsjek za biostatistiku, Škola javnog zdravlja i menadžmenta, Medicinski univerzitet Chongqing, Chongqing, Kina

2. Institut za hepatologiju, Nacionalni centar za klinička istraživanja za infektivne bolesti, Treća narodna bolnica Shenzhen, Shenzhen, Kina