基于抗肿瘤免疫基因特征的HNSCC预后预测模型构建及免疫治疗联合药物4'-羟基汉黄芩素的发现

《Cancer Cell International》：Construction of anti-tumor immune gene signature for HNSCC and identification of 4'-Hydroxywogonin as a potential immunotherapy combination drug

本研究针对头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）预后预测和免疫治疗反应评估的临床难题，通过LASSO回归算法构建了包含14个基因的抗肿瘤免疫基因特征（ATIGS）。该特征能有效预测HNSCC患者预后和免疫检查点阻断剂反应，并通过虚拟筛选发现4'-羟基汉黄芩素能通过调控ZAP70-LAT通路抑制肿瘤细胞增殖，为HNSCC免疫治疗提供了新型生物标志物和潜在联合用药策略。

　　

头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）是一种具有高度侵袭性和异质性的恶性肿瘤，多数患者确诊时已处于晚期，超过半数会出现复发或远处转移，导致5年生存率不足40%。免疫治疗作为新兴治疗方式，虽为晚期癌症患者带来希望，但仅部分患者能从中获益。因此，开发能够准确预测预后和免疫治疗反应的生物标志物，成为提高HNSCC治疗效果的关键挑战。

在这项发表于《Cancer Cell International》的研究中，Qiang等人基于抗肿瘤免疫基因（GRATIs）和HNSCC患者的转录组数据，成功构建了一个稳健的预后预测模型，并发现了一个潜在的免疫治疗联合药物。研究人员首先从TCGA和GEO数据库获取502例HNSCC样本的转录组数据和临床信息，通过差异表达分析和LASSO回归算法，从988个GRATIs中筛选出14个关键基因，构建了抗肿瘤免疫基因特征（ATIGS）。该特征包含HOXA1、FCGR2A、PTX3、GAST、AURKA、ULBP2、HSP90B1、PLAU、HSPB8、CLEC2D、DNMT1、TCL1A、IL-34和ZAP70等基因，其中8个为风险因子，6个为保护因子。

研究团队采用的主要技术方法包括：LASSO回归算法构建基因特征、生存分析和ROC曲线评估预测性能、CIBERSORT算法分析免疫细胞浸润、虚拟筛选和分子对接筛选候选化合物、CCK-8法检测细胞活力、RT-qPCR检测基因表达、分子动力学模拟验证结合稳定性。研究使用的样本队列来自TCGA数据库的502例HNSCC样本和GEO数据库的GSE65858队列（270例样本）。

构建抗肿瘤免疫基因特征（ATIGS）

通过比较HNSCC样本和正常样本，研究人员识别出4788个差异表达基因，与988个GRATIs取交集后获得307个差异表达的GRATIs。功能富集分析显示这些基因主要富集在"细胞因子-细胞因子受体相互作用"信号通路和"免疫反应"等生物学过程。通过LASSO回归分析，最终构建了包含14个基因的最优特征ATIGS。

评估ATIGS的预测能力

风险评分分析显示，ATIGS能将患者分为高风险和低风险两组。Kaplan-Meier生存曲线表明，低风险组在所有数据集中均表现出更好的预后。时间依赖性ROC曲线显示ATIGS在预测1年、3年和5年生存率方面表现出色，AUC值分别为0.736、0.705和0.694。此外，高风险组与高死亡率、大肿瘤负荷、晚期分期和HPV阴性显著相关。

建立基于ATIGS的预后列线图

通过整合ATIGS和临床病理因素，研究构建了一个预后列线图，可定量评估患者1年、3年和5年生存概率。多因素Cox回归分析证实ATIGS是独立的预后因素。校准曲线显示预测生存概率与实际观察值高度一致。

ATIGS与HNSCC免疫微环境密切相关

免疫浸润分析发现，高风险组和低风险组在22种免疫细胞浸润水平上存在显著差异。风险评分与6种免疫细胞呈正相关，与9种免疫细胞呈负相关。其中11种免疫细胞（包括6种适应性免疫细胞和5种先天性免疫细胞）被认为对ATIGS的患者分层起关键作用。

ATIGS具有预测免疫检查点阻断剂反应的潜力

研究发现大多数免疫检查点的表达与风险评分显著相关。低风险组表现出更高的免疫表型评分（IPS），表明其具有更强的免疫原性和更高的ICBs反应可能性。在PD-1阻断治疗的患者队列中，应答者的风险评分显著较低，证明ATIGS在预测免疫治疗反应方面具有良好潜力。

鉴定关键靶点ZAP70和筛选候选化合物

蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络分析确定ZAP70为ATIGS的关键靶点。通过对6个化合物库中约30,000个化合物进行虚拟筛选，发现葛根素A、4'-羟基汉黄芩素和蓟黄素与ZAP70具有高亲和力。分子对接显示这些化合物通过氢键和疏水作用与ZAP70活性位点稳定结合。

候选化合物对肿瘤细胞增殖的抑制作用

CCK-8实验表明，4'-羟基汉黄芩素能剂量依赖性地抑制CAL-27和SCC7细胞增殖，而其他两种化合物仅对特定细胞系有效。4'-羟基汉黄芩素表现出最佳的抗舌鳞癌细胞增殖效果。

4'-羟基汉黄芩素对肿瘤免疫相关基因表达水平的影响

RT-qPCR检测发现，4'-羟基汉黄芩素在15μM浓度下能显著上调ZAP70表达，并剂量依赖性地上调其下游基因LAT的表达，提示该化合物可能通过调节肿瘤免疫相关通路发挥抗肿瘤作用。

通过MD模拟验证4'-羟基汉黄芩素与ZAP70的结合

分子动力学模拟显示，4'-羟基汉黄芩素与ZAP70复合物在65纳秒后达到稳定状态。相互作用分析表明，4'-羟基汉黄芩素通过氢键和疏水作用与ZAP70的TYR292、GLU295、LEU344、LYS369、GLU415、ALA417和LEU468等关键残基结合，其中与ALA417、GLU295、GLU415和LYS369形成的氢键占据主导作用。

这项研究构建的ATIGS不仅能够准确预测HNSCC患者预后，还能评估免疫治疗反应，为临床个体化治疗提供了重要工具。同时发现的4'-羟基汉黄芩素作为潜在免疫治疗联合药物，通过调控ZAP70-LAT信号通路发挥抗肿瘤作用，为HNSCC治疗提供了新的策略。该研究的创新之处在于将生物标志物开发与药物发现相结合，为肿瘤免疫治疗研究提供了新思路。未来需要更多临床样本验证和机制深入研究，以推动这些发现向临床转化。