微卫星不稳定的结直肠癌的分子分类揭示了免疫治疗反应的不同预测因素

《ESMO Gastrointestinal Oncology》：Molecular classification of microsatellite-instable colorectal cancers reveals distinct predictors of immunotherapy response

本研究通过整合223例MSI结直肠癌的基因组与转录组数据，将其分为免疫排除型（1a）、免疫浸润型（1b）和免疫沙漠型（2）。1a亚型以高TGF-β信号和低HLA表达为特征，1b亚型免疫细胞浸润多且抗肿瘤免疫强，2亚型突变负担高、代谢活跃且免疫抑制。MLH1甲基化与2亚型相关，且组合免疫疗法（抗PD-1+抗CTLA4）在2亚型中疗效显著优于单用抗PD-1。外部队列验证了分型的普适性，为精准治疗提供分子依据。

　　### 深入探索微卫星不稳定性结直肠癌的分子异质性

微卫星不稳定性（MSI）肿瘤是结直肠癌（CRC）的一种特殊亚型，占所有CRC病例的大约20%。这些肿瘤的特征在于DNA错配修复系统的缺陷，导致高度的基因突变率，进而引发丰富的肿瘤突变负荷（TMB）和免疫细胞在肿瘤微环境（TME）中的大量浸润。然而，尽管这些肿瘤表现出强烈的免疫反应，它们对免疫检查点抑制剂（ICIs）的反应仍然存在显著差异。因此，明确这些肿瘤的分子异质性对于指导个性化治疗至关重要。

本研究利用来自瑞典大规模前瞻性队列研究U-CAN的223名MSI CRC患者的全基因组和转录组测序数据，识别出三种具有不同TME和遗传特征的分子亚型。这三种亚型分别为：免疫排除型（MSI class 1a），其特点是显著的基质激活、转化生长因子-β（TGF-β）信号通路活跃以及低的肿瘤新抗原负担（TNB）；免疫浸润型（MSI class 1b），其特征是完整的抗原呈递功能和强效的抗肿瘤免疫；以及免疫冷型（MSI class 2），表现出上皮特性、高TMB和TNB、染色体不稳定性、活跃的代谢活动以及缺乏免疫激活。

研究还发现，MLH1基因的高甲基化与免疫冷型（MSI class 2）的表型相关，这种表型对联合使用抗PD-1和抗CTLA4免疫治疗表现出更显著的治疗效果。此外，TME、突变特征、新抗原负荷和HLA类型在三种MSI CRC亚型中得到了系统分析，为理解这些肿瘤的免疫特征提供了更全面的视角。

### 多组学数据的整合与分析

为了更全面地理解MSI CRC的分子特征，本研究整合了全基因组测序（WGS）和全转录组测序（WTS）数据。通过对这些数据的分析，研究人员识别出多种突变特征，包括单核苷酸变异（SNV）、多核苷酸变异（MNV）、插入和缺失（indel）、结构变异（SV）以及拷贝数变异（CNV）。此外，研究人员还利用MSI传感器（MSIsensor2）评分和MSI分类来进一步评估肿瘤的免疫状态。

在MSI CRC患者的DNA甲基化分析中，研究人员使用了两种不同的Infinium阵列（HumanMethylation27和HumanMethylation450）进行数据收集，并将两种平台的探针合并，以生成包含25,978个探针的数据集。这些数据用于分析MLH1基因的甲基化状态，发现免疫冷型（MSI class 2）的MLH1基因表现出显著的高甲基化特征，而MLH1基因突变在不同亚型之间没有显著差异。这表明，免疫冷型的表型可能更多地由MLH1基因的表观遗传调控而非基因突变引起。

研究人员还分析了不同MSI亚型的HLA类型和新抗原预测情况。HLA基因的表达水平在免疫冷型（MSI class 2）中显著降低，而免疫排除型（MSI class 1a）和免疫浸润型（MSI class 1b）则表现出不同的HLA表达模式。通过pVACseq工具预测的新抗原数量在免疫冷型中最高，而在免疫排除型中最低。这一发现进一步支持了免疫冷型可能更倾向于通过其他机制（如抑制抗原呈递）逃避免疫监视的观点。

### 外部验证与跨癌种应用

为了验证这些分子亚型的普遍性，研究人员将其特征应用于多个外部MSI CRC队列，包括来自The Cancer Genome Atlas（TCGA）的COADREAD、STAD和UCEC数据集，以及来自AC-ICAM和NIPICOL等其他研究的MSI肿瘤数据。通过这些外部验证，研究人员发现这些分子亚型在不同癌症类型中也存在相似的特征，表明MSI亚型分类具有跨癌种的通用性。

此外，研究人员还分析了不同MSI亚型在免疫治疗中的反应差异。在NIPICOL和ImmunoMSI数据集中，研究人员发现免疫冷型（MSI class 2）对联合使用抗PD-1和抗CTLA4的免疫治疗表现出更显著的疗效，而免疫排除型（MSI class 1a）则对这些治疗的反应较差。这一发现强调了基于分子亚型的免疫治疗策略的重要性，即在免疫冷型中，抗PD-1联合抗CTLA4可能比单药治疗更有效。

### 免疫状态与治疗反应的关联

研究人员进一步探讨了不同MSI亚型的免疫状态与治疗反应之间的关系。通过对免疫相关基因表达、T细胞浸润水平、抗原呈递通路活性以及免疫检查点基因表达的分析，研究人员发现免疫排除型（MSI class 1a）和免疫冷型（MSI class 2）在多个方面表现出相似的免疫抑制特征，而免疫浸润型（MSI class 1b）则显示出更强的抗肿瘤免疫活性。这些发现为制定基于免疫状态的治疗策略提供了重要依据。

在免疫冷型（MSI class 2）中，研究人员发现免疫检查点基因（如CD274、PDCD1和CTLA4）的表达水平显著低于其他亚型，这可能与免疫反应的抑制有关。此外，免疫冷型的TMB和TNB较高，但HLA基因的表达水平较低，表明其可能通过抑制抗原呈递机制来逃避免疫识别。相比之下，免疫排除型（MSI class 1a）表现出更高的HLA表达水平，但其免疫检查点基因的表达水平较低，这可能与其免疫排除的特性相关。

### 分子亚型对预后的影响

为了评估这些分子亚型对患者预后的影响，研究人员进行了生存分析。通过对多个外部队列（包括NIPICOL和ImmunoMSI）的分析，研究人员发现免疫冷型（MSI class 2）患者在接受联合免疫治疗后表现出更长的无进展生存期（PFS），而免疫排除型（MSI class 1a）患者的PFS则较短。这一结果表明，分子亚型可以作为预测免疫治疗反应的重要生物标志物。

此外，研究人员还分析了不同MSI亚型的免疫相关通路活性，发现免疫排除型（MSI class 1a）中，TGF-β信号通路和基质重塑相关通路的激活与较差的预后相关。相反，免疫浸润型（MSI class 1b）中，DNA修复通路和抗原呈递通路的活跃与更好的预后相关。这些发现进一步支持了分子亚型在指导个性化治疗中的重要性。

### 未来研究方向与应用前景

尽管本研究取得了重要进展，但仍存在一些局限性。首先，虽然WGS和WTS数据的整合为理解MSI CRC的分子异质性提供了丰富的信息，但未来的深入研究可能需要结合空间转录组学、蛋白质组学和单细胞技术，以更全面地揭示不同亚型在TME中的细胞水平变化。其次，现有的MSI分类模型在预测免疫治疗反应方面的准确性和适用性仍需进一步验证，特别是在包含更多样本和不同癌症类型的队列中。此外，分子异质性在不同癌症类型中存在差异，因此需要针对特定癌症类型进行更细致的验证和应用。

总的来说，本研究通过整合多组学数据，揭示了MSI CRC的分子异质性，并提出了三种分子亚型，为未来的精准医疗提供了重要的理论基础和实践指导。这些发现不仅有助于理解MSI CRC的免疫特性，还可能为开发新的免疫治疗策略提供依据。