《Frontiers in Genetics》：Ultrasound radiomics integrated with an immune-related gene signature for predicting response and resistance to immune checkpoint inhibitors in cutaneous melanoma: a retrospective radiogenomic study with biological validation
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背景：免疫检查点抑制剂（ICIs）已彻底改变皮肤黑色素瘤的治疗格局，但50%的患者出现原发性或获得性耐药，且现有生物标志物（PD-L1和肿瘤突变负荷）缺乏精确性。高频超声（HFUS）、对比增强超声（CEUS）和剪切波弹性成像（SWE）价格低廉且可重复，但其与免
背景：免疫检查点抑制剂（ICIs）已彻底改变皮肤黑色素瘤的治疗格局，但50%的患者出现原发性或获得性耐药，且现有生物标志物（PD-L1和肿瘤突变负荷）缺乏精确性。高频超声（HFUS）、对比增强超声（CEUS）和剪切波弹性成像（SWE）价格低廉且可重复，但其与免疫转录组及ICI结局的关系尚不明确。方法：在这项单中心回顾性研究中，218例接受一线抗PD-1为基础ICI治疗并接受预处理超声的皮肤黑色素瘤患者被分为训练集（n = 153）和内部验证集（n = 65）。对HFUS/CEUS/SWE影像组学特征进行可重复性筛选，并通过LASSO选择构建超声影像组学评分（US-score）。在三个公开转录组队列（TCGA-SKCM、GSE91061和GSE78220）及一个黑色素瘤单细胞数据集（GSE115978）中，研究人员结合差异表达分析、加权基因共表达网络分析（WGCNA）、免疫去卷积和LASSO-Cox回归推导出免疫相关基因特征（IRGS）。四个核心基因（CXCL10、CD8A、IFNG和CXCL9）在IFN-γ刺激后通过逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）在三种美国典型培养物保藏中心（ATCC）黑色素瘤细胞系中进行了体外验证。结果：客观缓解率为42.7%（中位随访28.4个月）。US-score独立预测缓解（校正比值比[OR]：2.6；95%置信区间[CI]：1.7–3.9；验证集曲线下面积[AUC]：0.78）。IRGS将公共队列分为免疫热/冷肿瘤，具有显著不同的结局（TCGA-SKCM总生存风险比[HR]：2.14；95% CI：1.56–2.93；缓解AUC：0.79）。US-score与IRGS相关（r = 0.58），并与多重免疫组织化学检测的CD8+ T细胞密度相关（r = 0.62）。联合列线图优于任何单一生物标志物（验证集AUC：0.88 vs. 0.78 [US]、0.76 [IRGS]和0.68 [临床]），具有良好的校准度和净获益，并区分了无进展生存期（中位：18.6 vs. 6.3个月；HR：3.12，95% CI：2.08–4.68）。体外实验中，四个基因均被IFN-γ显著诱导（CXCL10最高达8.3倍；均p < 0.05）。结论：超声影像组学编码了黑色素瘤肿瘤免疫微环境的信息；与免疫相关基因特征联合，提供了一种无创、生物学锚定的ICI反应和耐药分层工具。
**论文解读：超声影像组学联合免疫相关基因特征预测皮肤黑色素瘤免疫检查点抑制剂疗效**
**一、研究背景与目的**
皮肤黑色素瘤是最致命的常见皮肤癌，其发病率持续上升。靶向程序性死亡受体1（PD-1）的免疫检查点抑制剂（ICIs）单药或联合抗细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4（CTLA-4）方案能产生持久反应，并已进入辅助和新辅助治疗领域。然而约半数患者因原发性或获得性耐药而无法获得持久获益。现有生物标志物存在明显缺陷：程序性死亡配体1（PD-L1）免疫组织化学受抗体/阈值变异性和肿瘤异质性影响；肿瘤突变负荷仅捕获免疫原性的单一维度。转录组学指标如干扰素-γ（IFN-γ）特征和计算工具（如TIDE）虽可改善预测，但依赖组织样本和测序，存在采样偏倚。因此，临床亟需一种无创、可重复的肿瘤免疫状态替代指标。影像组学可将常规图像转化为组织异质性、血管性和硬度的定量描述符，CT为基础的模型可预测转移性黑色素瘤的ICI反应，但其信号主要源于淋巴结病变。超声检查价格低廉、无辐射，且特别适合皮肤和浅表淋巴结评估：高频超声（HFUS）测量的原发灶厚度与组织病理学Breslow指数高度相关；对比增强超声（CEUS）可探测微血管灌注；剪切波弹性成像（SWE）可量化组织硬度——这些参数均与血管生成、间质重塑和免疫浸润密切相关。然而，超声影像组学特征尚未与黑色素瘤免疫转录组或ICI结局建立联系。
针对上述空白，研究人员推测定量超声特征可反映肿瘤免疫微环境特征，并将超声影像组学评分（US-score）与免疫相关基因特征（IRGS）整合，以改善ICI反应和耐药的无创预测。该研究发表于《Frontiers in Genetics》。
**二、主要关键技术方法（不超过250字）**
本研究为单中心回顾性研究，经上海康达肿瘤医院伦理委员会批准，纳入218例接受一线抗PD-1为基础ICI治疗并行预处理超声的皮肤黑色素瘤患者，按7:3随机分为训练集（n=153）和内部验证集（n=65）。超声特征经组内相关系数（ICC）≥0.75筛选及LASSO逻辑回归构建US-score。公共转录组队列（TCGA-SKCM、GSE91061、GSE78220）用于IRGS推导，结合差异表达分析、加权基因共表达网络分析（WGCNA）、免疫去卷积和LASSO-Cox回归。单细胞数据集GSE115978用于细胞类型特异性验证。多重免疫组织化学验证影像-免疫关联，三种ATCC黑色素瘤细胞系经IFN-γ刺激后进行RT-PCR验证。
**三、研究结果**
**3.1 患者特征**：218例患者客观缓解率（ORR）为42.7%，中位随访28.4个月，训练集与验证集基线特征均衡。
**3.2 超声影像组学评分**：1,218个特征中642个通过ICC≥0.75筛选，LASSO保留6个特征（涵盖B-mode纹理、CEUS灌注和SWE硬度）。US-score在无缓解者中显著高于缓解者，多变量回归独立预测缓解（校正OR：2.6，95% CI：1.7–3.9），训练集AUC为0.81，验证集为0.78。
**3.3 差异表达与IRGS构建**：在GSE91061中鉴定出23个上调和188个下调基因；WGCNA确定模块ME27与CD8 T细胞评分相关性最强（r = 0.799，p = 3.75e-103）；LASSO-Cox最终选择7基因IRGS：CXCL10、CD8A、IFNG、CXCL9、TUBB4A、SFN和WNK4。
**3.4 TCGA-SKCM中的IRGS预后验证**：高危组（n=230）总生存期（OS）显著差于低危组（中位2.1 vs. 4.5年；log-rank p = 2.61e-10），多变量Cox回归确认IRGS为独立预后因素。
**3.5 IRGS风险相关的免疫微环境**：高危肿瘤显示较低的IFN-γ反应和细胞溶解活性，但TGF-β信号和血管生成特征升高；IFN-γ特征与IRGS风险评分呈显著负相关（r = ?0.889）。
**3.6 IRGS与ICI反应预测**：在两个独立ICI治疗队列中验证了IRGS的缓解预测价值，并进行了决策曲线分析评估临床净获益。
**3.7 黑色素瘤肿瘤微环境单细胞图谱**：7,186个细胞分为9种细胞类型；ICI治疗后恶性细胞比例从32.9%降至23.2%，CD8 T细胞从19.8%升至29.2%。
**3.8 恶性细胞程序与免疫逃逸**：AXL间充质亚群在治疗后升高，抗原呈递评分降低，增殖评分升高，提示治疗压力下的补偿性增殖。
**3.9 CD8 T细胞状态与耗竭动态**：治疗后CD8 T细胞耗竭评分下降（4.98 vs. 4.69），TOX（log2FC = 1.02）和PDCD1（log2FC = 1.00）等耗竭/检查点基因显著上调。
**3.10 IRGS单细胞验证与细胞类型特异性**：CD8 T细胞和NK细胞IRGS评分最高，且IRGS评分与CD8细胞毒性（rho = 0.53）和IFN-γ反应（rho = 0.46）特征强相关。
**3.11 影像基因组学关联与生物学验证**：US-score与IRGS风险评分相关（r = 0.58），与多重免疫组织化学检测的瘤内CD8
+密度相关（r = 0.62）。联合列线图（US-score + IRGS + 临床变量）验证集AUC达0.88，优于任何单一模型，并显著区分PFS（中位18.6 vs. 6.3个月；HR：3.12，95% CI：2.08–4.68）。
**3.12 关键IRGS基因的体外RT-PCR验证**：IFN-γ刺激后，A375、SK-MEL-28和WM266-4三种ATCC黑色素瘤细胞系中CXCL10、CD8A、IFNG和CXCL9均显著上调，其中CXCL10诱导幅度最大（8.3倍），证实了基因特征在细胞水平的转录响应性。
**四、讨论与结论**
讨论部分指出，本研究建立了将皮肤黑色素瘤定量超声特征与免疫转录组及ICI结局相关联的影像基因组学框架，扩展了既往以CT为主的黑色素瘤影像组学研究。生物学上，CEUS灌注反映血管生成和血管正常化状态，SWE硬度反映基质/成纤维细胞重塑，后者与T细胞排斥和TGF-β介导的耐药相关。高危IRGS表型（低CD8
+伴M2/调节性T细胞富集）对应僵硬、低灌注、治疗耐药的病变。研究局限性包括：缺乏前瞻性或外部验证队列、超声操作者/设备依赖性、仅部分患者有同一病灶RNA测序、公共队列平台和治疗方案异质性、体外实验无法完全模拟体内微环境复杂性、仅分析预处理超声而未探究系列影像特征的预测价值。
结论：皮肤黑色素瘤的超声影像组学与肿瘤免疫微环境的生物学特征相关。与免疫相关基因特征结合，经组织免疫组织化学验证，并得到ATCC来源黑色素瘤细胞系体外RT-PCR证据支持，这种整合方法代表了无创分层ICI反应和耐药的有前景的候选方案。然而，当前发现基于单中心回顾性数据集且仅进行内部验证，在考虑临床实施之前，必须开展前瞻性、多中心和纵向研究。
