肝细胞癌组织中T_(RM)...的生物信息学分析及功能预测_杨昌杰.pdf

48国际消化病杂志 2023 年 2 月第 43 卷第 1 期 Int J Dig Dis，February 25，2023，Vol.43，No.1 论著 肝细胞癌组织中 TRM细胞相关基因的生物 信息学分析及功能预测杨昌杰 赵宇栋 陈小松【摘要】目的应用生物信息学技术分析肝细胞癌（HCC）中组织驻留记忆性 T 细胞（TRM细胞）的免疫学特性，并分析相关关键基因及其影响的免疫通路。方法从公共数据库平台癌症基因组图谱（TCGA）下载 HCC 相关的基因芯片数据，应用单样本基因集富集分析（ssGSEA）对 TRM细胞的关键标记基因表达数据进行评分，获得 TRM评分，根据 TRM评分的最佳截断值分为 2 组；应用 Wilcoxon差异分析获得 HCC 组织中 TRM细胞高度相关的差异表达基因（DEG）；对 HCC 组织中上调的 DEG 进行基因本体富集分析（GO）和京都基因与基因组百科全书富集分析（KEGG）后，阐明其参与的免疫信号通路，再用 Cytoscape 软件的 cytoHubba功能、Degree 方法筛选出 10 个关键基因；综合差异表达分析与生存分析结果，筛选出影响 HCC 组织中 TRM细胞的关键基因。结果通过分析 HCC 的 TCGA 数据库，发现 HCC 组织中 TRM评分与 HCC 的临床和免疫特征有关，且 TRM评分高的 HCC患者的预后较 TRM评分低的患者好。根据 TRM评分的最佳截断值（0.295 072 8 分）将HCC患者分为高TRM评分组和低TRM评分组进行差异分析，以|logFC|2且P0.05为条件筛选出上调 DEG，通过 STING 在线网站和 Cytoscape 软件最终筛选出 10 个关键基因，其中 IL-7R 基因对于 TRM细胞长期存活具有重要意义，且 HCC 组织中IL-7R 基因低表达与较差的预后相关。结论靶向 IL-7R 基因有望减轻 HCC 组织中TRM细胞的浸润程度，促进长期抗肿瘤免疫反应，改善 HCC 患者的预后。【关键词】肝细胞癌；组织驻留记忆性 T 细胞；生物信息学分析；IL-7 受体DOI:10.3969/j.issn.1673-534X.2023.01.010Bioinformatics analysis and functional prediction of genes associated with tissue resident memory cells in hepatocellular carcinoma tissuesYANG Changjie,ZHAO Yudong,CHEN Xiaosong.Department of Liver Surgery,Renji Hospital,School of Medicine,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200127,China【Abstract】Objective The bioinformatics technology was used to analyze the immunological characteristics of tissue resident memory cells(TRM cells)in hepatocellular carcinoma(HCC),and to analyze the related key genes and their immune pathways.Methods The gene microarray data related to hepatocellular carcinoma were downloaded from the public database platform(TCGA),and the key genes related to TRM cell marker were scored using ssGSEA to obtain TRM scores which were then divided into two groups according to the best cut-off values.Wilcoxon differential analysis was conducted to obtain the highly correlated differentially expressed genes(DEG)of TRM cells in the HCC tissue.After gene ontology enrichment analysis(GO)and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes enrichment analysis(KEGG)were performed on the highly expressed DEG in HCC tissue,the immune signal pathway involved in the DEG was clarified,and 10 key genes were screened by the utilizing the cytoHubba function and Degree 作者单位：200127 上海交通大学医学院附属仁济医院肝脏外科通信作者：陈小松，Email:49国际消化病杂志 2023 年 2 月第 43 卷第 1 期 Int J Dig Dis，February 25，2023，Vol.43，No.1method of the Cytascape software.Based on the results of differential expression analysis and survival analysis,the key genes affecting TRM cells in the HCC tissue were screened out.Results By analyzing the TCGA database of HCC,it is found that the TRM score in the HCC tissue is related to the clinical and immune characteristics of HCC,and the prognosis of HCC patients with high TRM scores is better than those with low TRM scores.According to the best cutoff value of the TRM score(0.295 072 8 points),HCC patients are divided into the high TRM score group and the low TRM score group for difference analysis.With|logFC|2 and P0.05 as the condition,the up-regulated DEG is screened,and 10 key genes are finally screened out using the STING online website and the Cytascape software,of which,the IL-7R gene is important for the long-term survival of TRM cells,and the low expression of IL-7R gene in HCC tissue is associated with poor prognosis.Conclusion Targeted IL-7R gene is expected to reduce the infiltration of TRM cells in HCC tissue,promote long-term anti-tumor immunity,and improve the prognosis of HCC patients.【Key words】Hepatocellular carcinoma;Tissue resident memory cells;Bioinformatics analysis;IL-7 receptor肝细胞癌（HCC）是全球常见的消化道恶性肿瘤，2020 年全球癌症负担数据显示，HCC 每年新发病例数和相关死亡病例数分别居恶性肿瘤第 6位和第 3 位1。免疫治疗是 HCC 的新兴治疗方式，旨在通过诱导或增强机体的肿瘤特异性免疫反应来靶向肿瘤细胞2-4。组织驻留记忆性 T 细胞（TRM细胞）是一类非循环 CD8+T 细胞，其表面标志分子为 CD69 和 CD1035-6。组织器官内的 CD8+TRM细胞对局部免疫应答率至关重要，可对多种特定抗原（包括肿瘤新生抗原等）做出迅速反应，并通过分泌颗粒酶 B、穿孔素等细胞因子或由凋亡相关因子配体（FASL）途径介导，表现出较强的细胞毒性7。2022 年的一项研究表明，肿瘤内浸润的 TRM细胞在口腔鳞状细胞癌患者术前的免疫检查点抑制剂治疗过程中表现出强大的“前哨活性”8。此外，TRM细胞与终末耗竭性 T 细胞的动态平衡也影响着HCC 患者的远期预后9。因此，增强 TRM细胞介导的免疫反应可能是一种改善 HCC 治疗效果的新途径。本研究通过对 HCC 组织的基因表达谱进行分析，量化 TRM细胞相关基因的表达差异，将 HCC患者分组，对 2 组的差异表达基因（DEG）进行生物学功能和通路富集分析，并进一步筛选出其中的关键基因进行免疫细胞相关性分析，旨在进一步揭示 TRM细胞在 HCC 发生、发展过程中可能存在的免疫调控作用。1材料和方法1.1 材料癌症基因组图谱（TCGA）是收录人类各种恶性 肿 瘤 的 临 床 信 息、mRNA 表 达、miRNA 表 达、甲 基 化 等 数 据 的 数 据 库（https:/portal.gdc.cancer.gov），本研究从中获取了 HCC 的基因表达数据（TCGA-LIHC），包括 370 个 HCC 组织样本和 50 个正常肝组织样本的芯片信息。1.2 TRM细胞的量化分析单样本基因集富集分析（ssGSEA）是基于 R包 GSVA，可根据标记基因表达水平对每个样本计算富集得分10。本研究采用 ssGSEA 分析，根据 370 例 HCC 患者 TRM细胞的标记基因（NR4A1、CRTAM、CD69、CREM、DUSP1、DUSP2、DUSP6、KLF6、S1PR1、S1PR5、SELL、CCR7 和 ITGAE）表达数据进行评分，获得 TRM评分11。1.3 DEG 的分析根 据 TRM评 分 的 最 佳 截 断 值 将 370 例 HCC患 者 分 为 高 TRM评 分 组 和 低 TRM评 分 组，采 用Wilcoxon 秩和检验进行差异分析，根据基因表达差异倍数，以|logFC|2 且 P0.05 作为筛选条件，得到 120 个 DEG，其中 93 个为上调 DEG，27 个为下调 DEG。1.4 京都基因与基因组百科全书富集分析和基因本体富集分析对 93 个上调 DEG 进行京都基因与基因组百科全书富集分析（KEGG）和基因本体富集分析（GO），采用“clusterProfiler”R 软件包可视化 KEGG 分析和 GO 分析的结果12。1.5 DEG 的 PPI 网络构建和关键基因筛选通过在线网站 STRING（检索相互作用基因的搜索工具，https:/string-db.org/）构建上调 DEG 的蛋白互作网络（PPI）13-14，筛选条件为综合评分 0.4，其他设置为默认值。应用 Cytoscape 软件的cytoHubba 功能、Degr