文献速递多维分析恶性脑肿瘤的基因组和免疫

期刊：CancerDiscov

IF：29.

发表时间：.1

摘要

通过全外显子组、RNA和T细胞受体测序分析了来自30例恶性脑肿瘤的93个空间不同区域的免疫基因组状态。我们的分析确定了原发性和继发性恶性肿瘤之间的差异，胶质瘤（GBM）在基因组和新抗原水平上表现出更多的空间异质性。此外，这种空间多样性在T细胞克隆的分布中得到了概括，其中一些神经胶质瘤具有高度扩增但空间受限的克隆型。这项研究定义了一组恶性脑肿瘤的免疫基因组学景观，并对针对颅内恶性肿瘤的靶向和基于免疫的疗法的设计产生了影响。

意义：本研究描述了空间异质性对胶质瘤和脑转移瘤的基因组和免疫学特征的影响。结果表明，与脑转移瘤相比，胶质瘤的基因组改变、新抗原和T细胞克隆的瘤内异质性明显更高，这表明多维度分析对于临床或转化研究的重要性。

研究结果

胶质瘤和脑转移（BrMET）队列的基因组特征

在通过开颅手术切除后，立即将每个样本分离成多个空间不同的肿瘤区域，每个肿瘤区域都进行了全面的基因组和免疫学分析，包括DNAWES、RNA测序、新抗原预测和TCR测序（图1A）。正如预期的那样，BrMETs中每个肿瘤的聚合体细胞变体的中位数高于原发性或复发性胶质瘤（图1B）。在BrMET标本中，在所有组织学中均发现TP53的重现性突变（图1C）。在GBM样本中，我们发现了典型GBM相关基因的重现性突变，如TERT启动子、TP53、PTEN、NF1和EGFR等（图1D）。接下来评估了我们队列中拷贝数改变（CNAs）的患病率，并确定了与GBM相关的经典变化，如EGFR的7号染色体频繁扩增、CDKN2A位点的9号染色体缺失、PTEN位点的10号染色体缺失等（图1E）。转移性肿瘤显示出与之前定义的相应原发性肿瘤相似的改变，如KRAS（非小细胞肺癌）和ERBB2扩增（乳腺癌）（图1F和G）。

图1脑肿瘤队列的基因组图谱

胶质瘤和BrMETs的瘤内基因组和转录异质性

我们观察到肿瘤类型之间的显著差异，BrMETs内的克隆变异分数比神经胶质瘤内更大（图2A和B）。我们观察到，在对单个部位进行采样时，与原发性胶质瘤相比，在BrMETs中鉴定出总变体的更高比例（图2C）。然而，在胶质瘤样本中，对三个区域而不是一个区域进行测序将已识别变异的中位数从61个提高到98个（图2D）。当我们将每个CNA事件分类为克隆、亚克隆共享或亚克隆私有时，我们确定了BrMETs内克隆CNAs的显著部分，而胶质瘤中主要是亚克隆CNAs（图2E）。因此，在变异和CNA水平上，胶质瘤在空间上的异质性明显高于BrMETs。

图2瘤内基因组变异和CNA的异质性

胶质瘤和BrMETs中肿瘤抗原的瘤内异质性

BrMETI类新抗原的克隆性显著高于胶质瘤中发现的克隆性（图3A和B）。最后，虽然BrMETHLA-I类新抗原主要通过单点组织采样捕获，但随着对其他组织部位的采样，继续鉴定出额外的神经胶质瘤新抗原（图3C）。在神经胶质瘤中，一些得分最高的肿瘤-睾丸(CT)抗原是BIRC5、PMEL（gp）和IL13RA2（图3D）。然而，这些特征在CT抗原之间确实有所不同，与更具克隆性的BIRC5和gp相比，TERT、CTAG1B和MAGE家族倾向于更高的肿瘤内变异（图3E）。

图3瘤内新抗原和癌症/睾丸抗原异质性

胶质瘤和BrMETs中免疫景观的空间分辨率

我们计算了所有区域的Danaher免疫评分，并观察到显著的肿瘤间差异，特别是在“CD8T细胞”和“细胞毒性细胞”评分之间（图4A）。与BrMETs相比，我们在胶质瘤中检测到显著较高水平的CD（PD-L1）和显著较低水平的CXCL9，这与前者所认可的严重免疫抑制一致（图4B）。具体而言，与富含小胶质细胞特异性基因的胶质瘤相比，BrMETs显著倾向于单核细胞衍生的巨噬细胞相关基因的高表达（图4C）。绘制PCA空间中的每个区域，我们观察到来自同一肿瘤的大多数区域聚集在一起（图4D）。

图4免疫微环境的空间多样性

TCR克隆型多样性和异质性

我们将每个肿瘤区域内的克隆型基于频率分类为优势克隆或预定克隆型组（图5A）。总体而言，所有细胞中的T细胞分数在BrMEsT中显著更高，而GBM中的TCR库被确定为具有更高程度的克隆（图5B）。每个肿瘤内扩增的TCR的分布在患者之间差异很大，其中一些在所有检查区域中表现出明显的T细胞同质性，而另一些则显示出明显的肿瘤内多样性（图5C）。正如预期的那样，来自不同患者的MOI值接近0，但在患者中是可变的（图5D）。

图5瘤内T细胞库的克隆性和多样性

1例高突变复发性GBM患者的免疫基因组学

患者接受了四个周期的长春新碱、1-(2-氯乙基)-3-环己基-1亚硝基脲(CCNU)和丙卡巴肼治疗；质子放疗；六个周期的大剂量替莫唑胺治疗（图6A）。通过四个肿瘤区域的DNAWES，我们观察到相对于先前的原发性肿瘤（图6B），复发肿瘤所有区域的突变负荷显著增加。在复发肿瘤的每个区域内鉴定出的大多数变体都是亚克隆私有的，而不是空间分布的（图6C）。值得注意的是，GBM.Re中前三个T细胞克隆型占肿瘤内细胞库的37%以上，表明克隆扩增程度显著。此外，这些优势克隆在患者外周血中的频率均显著降低（1%），证实了这些细胞的特异性肿瘤内扩增（图6D）。我们发现大多数细胞属于淋巴系，主要是细胞毒性CD8+T细胞，幼稚和CD4+调节样T细胞群较少（图6E）。我们对超扩增的克隆型进行了差异表达分析，发现它们富含激活标志物，如KLRC3、KLRC4和GZMK等，以及典型地被活化T细胞上调的MHCII类基因（图6F）。

图6高突变复发性GBM的免疫基因组学特征

总结

总体而言，这项研究以多维度方法提供了恶性脑肿瘤的免疫基因组学分析，显示了胶质瘤内显著的肿瘤内异质性，同时突出了BrMETs之间令人惊讶的同质性。这些区别适用于癌细胞内在（基因组改变）和癌细胞外在（TCR库）特征。对肿瘤免疫微环境的日益了解及其空间复杂性的认识可能会提高免疫治疗对恶性脑瘤患者的疗效。

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