通过单细胞分析技术，研究HPV（人乳头瘤病毒）如何改变肿瘤免疫微环境，从而为头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）的预后和治疗提供重要信息

《Oral Oncology》：Hpv-driven rewiring of the tumor immune microenvironment through single-cell profiling informs prognosis and therapy in HNSCC

本研究整合TCGA和GEO数据库的多组学数据，通过bulk RNA-seq和scRNA-seq比较HPV+与HPV-头颈鳞癌的免疫微环境，发现HPV+肿瘤免疫活性更高，而HPV-肿瘤呈现免疫抑制特征。构建基于7个HPV相关基因（IER3, FHL2, MBOAT2, DSC3, IRAK3, RGMA, BARD1）的预后模型，该模型独立预测患者生存，低风险组免疫微环境活跃且对化疗/免疫治疗敏感，高风险组则富集促肿瘤通路。IHC验证了核心基因的促癌作用。

　　

李颖|寇倩子|郑长强|诺彭坤|王长倩|倪培赞|李莉琳|张阳峰|王端宇|普拉萨伊·阿尔祖|傅文|李吉强|杜坤鹏

南方医科大学珠江医院肿瘤中心放射肿瘤科，中国广东省广州市海珠区中工业大道253号，510282

摘要

目的

人乳头瘤病毒（HPV）状态是头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）的关键预后因素，然而指导个性化治疗的精确免疫机制和可靠的生物标志物仍不明确。本研究旨在全面阐述HPV感染如何重新编程肿瘤免疫微环境（TIME），并开发一种新的预后模型以分层患者结局和治疗反应。

方法

整合了TCGA和GEO数据库的多组学数据。通过批量转录组解卷积和单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析，比较了HPV⁺和HPV^- HNSCC之间的免疫特征。通过LASSO-COX回归构建了与HPV相关的基因预后风险特征，并在独立队列中进行了验证。评估了该模型与免疫浸润、肿瘤突变负荷和药物敏感性的关联。使用CellChat解码了细胞通信网络，并通过免疫组化（IHC）确认了枢纽基因的表达。

结果

单细胞分析显示，HPV⁺肿瘤的特征是免疫活性微环境增强，细胞毒性CD8⁺ T细胞、辅助CD4⁺ T细胞和B细胞的浸润增加。相比之下，HPV^-肿瘤则呈现富含间质的免疫抑制性微环境。我们基于七个HPV相关基因（IER3、FHL2、MBOAT2、DSC3、IRAK3、RGMA、BARD1）开发并验证了一个预后模型。该风险评分能够将患者有效分为高风险和低风险组，两组患者的总体生存率存在显著差异（低风险组 vs. 高风险组，P < 0.0001），并且是一个独立的预后因素。低风险组具有激活的免疫环境，免疫检查点（如PD-1、CTLA-4）表达较高，预计对化疗和免疫疗法更敏感。相反，高风险组表现出贫瘠的免疫景观，间质和促肿瘤生成通路（如MIF、COLLAGEN）富集，并对特定靶向药物（如Dasatinib）高度敏感。IHC验证证实了枢纽基因（IER3、FHL2）的肿瘤促进作用。

结论

本研究利用单细胞分析阐明了HPV驱动的HNSCC免疫重塑。所衍生的预后特征有效捕捉了TIME的本质，可作为预测患者生存的可靠生物标志物，有助于实现精准治疗，可能弥合HPV状态与临床决策之间的差距。

引言

头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）是全球最常见的恶性肿瘤之一。主要风险因素包括吸烟、饮酒和HPV感染。近年来，HPV相关HNSCC的发病率显著增加[1]，已超过宫颈癌的发病率，这一趋势预计将持续到至少2060年[[2]]、[3]]、[4]]。 慢性HPV感染会增加HNSCC的发生风险，但HPV相关的HNSCC对手术和/或基于铂的化疗和放疗反应良好。研究表明，HPV感染重塑了HNSCC的免疫景观，从而改善了患者的预后[5]，尽管其潜在机制仍需进一步探索。不幸的是，许多HNSCC患者在治疗后会出现复发和/或转移，治疗失败预示着不良预后和有限的治疗策略。 近年来，免疫检查点抑制剂（ICIs）已被证明是治疗复发或转移性HNSCC患者的有效方法[[6]]、[7]]、[8]]，并在癌症治疗中得到广泛应用。然而，大多数HNSCC患者对ICIs治疗的反应率仍然较低，治疗效果有限[9,10]。尽管多年来评估了多种HNSCC的预后生物标志物，但尚未发现有效的标志物来预测患者预后或指导个性化治疗策略。这凸显了迫切需要识别更有效的生物标志物以辅助治疗决策和预后预测。 本研究探讨了不同HPV状态下的免疫特征，并基于HPV相关基因开发了一个预后风险模型。我们的结果表明，该风险评分能够有效预测HNSCC患者的生存预后和药物敏感性。不同风险评分的患者在肿瘤免疫特征、基因突变谱、细胞分布和细胞-细胞相互作用方面存在显著差异。总之，我们的模型可能成为指导HNSCC患者个性化治疗策略的有希望的预后生物标志物。

数据集来源

HNSCC的转录组、突变和临床数据来自UCSC Xena数据库（https://www.xena.ucsc.edu），用于模型开发。不符合标准的样本（例如，临床数据不完整、非肿瘤样本）被剔除。通过主成分分析（PCA）进行降维处理，最终纳入98个样本，包括65个HPV⁺和33个HPV^- HNSCC样本，分别归类为HPV阳性和HPV阴性。

HPV感染改变HNSCC的免疫浸润特征

生存分析显示，HPV⁺组的总体生存率（OS）优于HPV^-组（图1A–C）。PCA处理后，两组差异明显（图1D–E）。进一步分析表明，HPV⁺组的免疫评分高于HPV^-组（图1F），间质评分显著较低。进一步分析显示，HPV⁺组的...

讨论

HNSCC是一种发病率和死亡率都很高的疾病，这对HNSCC患者的预后预测带来了巨大挑战。虽然HPV状态已被验证为HNSCC的预后指标[12]，但标准治疗后的复发率仍然很高，导致预后较差。因此，需要研究新的预后因素和分子标志物以改进预后评估并制定个性化治疗策略。 HPV...

作者贡献

李颖和寇倩子负责整个研究项目的管理和手稿初稿的撰写。王长倩、倪培赞和李莉琳主要负责应用分析方法生成估计结果。郑长强、普拉萨伊·阿尔祖和诺彭坤主要负责收集患者医疗记录和标本。张阳峰、王端宇和傅文进行了免疫组化实验。杜坤鹏和李吉强也做出了贡献。

数据共享

本研究遵循《准确和透明的健康估计报告指南》（GATHER）。如需访问这些分析中使用的数据，请访问全球健康数据交换平台（GHDx）：https://ghdx.healthdata.org/gbd-2021。

资助声明

本研究得到了广州市科学技术计划（编号：2024A04J4802）的支持。

CRediT作者贡献声明

李颖：撰写——初稿。 寇倩子：数据整理。 郑长强：方法学设计。 诺彭坤：... 王长倩：... 倪培赞：... 李莉琳：... 张阳峰：... 王端宇：... 普拉萨伊·阿尔祖：... 傅文：... 李吉强：撰写——审阅与编辑。 杜坤鹏：撰写——审阅与编辑。

伦理批准

本研究获得了南方医科大学珠江医院伦理委员会的批准，伦理批准号为：2025-KY-025-02。

利益冲突声明

作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

我们感谢广州市科学技术计划（编号：2024A04J4802）的支持。