大家好呀！今天给大家介绍一篇2021年3月发表在frontiers in Cell and Developmental Biology上的文章。结直肠癌（CRC）是一种常见的癌症，是全球范围内第三大致死类癌症。近年来，中国的结直肠癌发病率有所上升但预后并没有明显改善。因此亟待挖掘新的预后标志物进一步探索CRC的发生机制。已有研究表明肿瘤微环境尤其是免疫细胞参与了结直肠癌的发生发展。CXCL11主要通过G-蛋白偶联受体CXCR3,CXCL9和CXCL10来招募自然杀伤细胞和单核细胞/巨噬细胞。CXCL11可能会影响肿瘤发生发展。本研究作者发现CXCL11在COAD和READ样本中的表达水平较高，通过IHC验证CXCL11的蛋白表达水平并评估CXCL11在肿瘤微环境中的作用。

CXCL11 Correlates With Antitumor Immunity and an Improved Prognosis in Colon Cancer

CXCL11与结肠癌抗肿瘤免疫和改善预后的相关性

摘要：

趋化因子配体C-X-C基序趋化因子配体11（CXC11）参与各种癌症进展，但其在结肠癌（CRC）中的作用尚不清楚。因此，作者对CXCL11在结肠癌中的预后价值和潜在机制进行了研究。本研究共包括TCGA-CRC转录组数据集和GSE146771,GSE132465单细胞转录组数据集。此外，作者使用108例COAD患者的数据集进行免疫组化分析。作者确定了CXCL11在TCGA肿瘤组织中的分布，并鉴定到CXCL11在COAD和READ中上调表达。CXCL11上调表达与COAD预后较好有关而与READ预后无关。CXCL11高表达组的抗肿瘤免疫细胞比例较高而原癌免疫细胞比例较低。此外，作者发现CXCL11介导的基因表达和免疫通路网络的变化。细胞毒性基因和免疫抑制分子与CXCL11表达正相关。CXCL11可以作为COAD患者的预后标志物，可以促进抗肿瘤免疫以改善生存期。

实验方法：

1.样本信息：从TCGA数据库获取COAD数据集，包括451例样本。从GEO数据库获取scRNA-seq数据集，包括GSE146771和GSE132465。此外，还涉及YJSHC队列，包括108例样本。

2.免疫细胞浸润分析：使用CIBERSORT和TISIDB计算不同CXCL11表达水平组的肿瘤淋巴细胞浸润水平（TILs）

3.差异分析和富集分析：使用R包limma进行差异分析，使用MsigDB进行GSEA分析。

4.单细胞转录组分析：使用scanpy进行单细胞转录组分析。

结果：

1.CXCL11在结肠癌中的异常表达和预后价值

首先，作者研究CXCL11在TCGA数据库中所有肿瘤中的表达水平。CXCL11在大多数肿瘤中均显著上调表达（A）。TISIDB结果表明CXCL11高表达的COAD患者生存期较长（B）。因此，作者重点关注COAD数据集，结果表明CXCL11高表达的COAD患者预后较好（C）。

2.CXCL11与肿瘤免疫微环境的相关性

为研究CXCL11在COAD患者中的潜在作用机制，作者研究CXCL11与肿瘤免疫微环境的关系。结果表明CXCL11与Act CD8，NKT和Act DC正相关（A-2C）。此外，根据CXCL11表达水平将COAD分为不同组，使用CIBERSORT研究不同组的肿瘤免疫微环境状态（D）。CXCL11高表达组的抗肿瘤免疫细胞比例较高，包括CD8T和NKa。CXCL11高表达组的促肿瘤免疫细胞比例较低，包括M0巨噬细胞，NK细胞和单核细胞。结果表明，CXCL11与COAD的抗肿瘤免疫有关。

3.CXCL11高表达和低表达组差异表达基因和富集分析

对CXCL11高表达组和低表达组鉴定差异表达基因并进行GSEA分析鉴定CXCL11高表达组富集的生物学通路。CXCL11高表达组富集的生物学通路包括趋化因子信号通路，趋化因子-趋化因子受体互作，抗原呈递和T细胞受体信号通路等（E-2I）。差异表达基因的火山图如A所示，CXCL11与DC，NK和T细胞招募的CCL4，CCL5，CCL9和CXCL10正相关（B和3C）。细胞毒性基因包括IFNG,GZMA,GZMB,GZMK,GZMM和PRF1与CXCL11正相关（D）。CXCL11与PDCD1,PD-L1和CTLA4等免疫抑制分子正相关（E）。此外，作者发现单细胞数据集中肿瘤组织CXCL11的表达水平较高（F和3H），且与PD-L1表达水平正相关（G和3I）。

4.YJSHC中CXCL11+细胞的差异分析和预后价值

为了进一步验证CXCL11的作用，作者使用COAD数据集-YJSHC进行分析。IHC结果表明肿瘤组织中CXCL11的蛋白表达水平较高（A和4B）。根据CXCL11将样本分为两组，瘤内CXCL11+细胞丰度较高的患者OS较好（C）。此外，多因素Cox回归分析表明瘤内CXCL11+细胞浸润水平与预后显著相关（D），说明CXCL11可以作为独立的预后因子。

5.验证CXCL11+细胞与TILs和PD-L1的相关性

CXCL11+细胞浸润丰度较高的患者其瘤内CD8+ T细胞和CD56+ NK细胞丰度较高，且抗肿瘤PD-L1+细胞丰度较高（A）。此外，CXCL11+细胞浸润丰度较高的患者其PD-L1,CD8A和CD56表达水平较高（B-5D），且CXCL11与PD-L1,CD8A和CD56表达水平正相关（E-5G）。

结论：

做的研究鉴定到CXCL11可以作为COAD患者的独立预后因子，可以促进抗肿瘤免疫反应并延长患者生存期。此外，CXCL11会诱导COAD患者的PD-L1高表达可能会提高患者对ICI治疗的反应。因此，作者的研究为COAD患者提供新的治疗靶点并辅助治疗。

本篇文章的思路是典型的单基因生信分析文章研究思路。首先，作者有一个关键基因A，研究关键基因A在TCGA数据库中各个癌症样本和对应正常样本中的表达水平，并使用KM分析研究关键基因A与癌症患者生存期的关系。其次，作者使用CIBERSORT算法研究关键基因A高表达组和低表达组中免疫细胞的浸润水平，进而研究关键基因A与免疫细胞浸润水平的相关性。这里，我们还可以使用ESTIMATE算法研究关键基因A高表达组和低表达组的免疫打分和基质打分等。第三，作者鉴定关键基因A高表达组和低表达组的差异基因并进行富集分析。本篇文章的亮点就在于作者引入的对应癌症的单细胞转录组数据集并研究关键基因A在不同细胞和组织中的表达水平，但作者并没有对单细胞转录组数据集进行深入的分析。最后，作者进行IHC验证关键基因A的蛋白表达水平。好了，这篇文章就给大家介绍到这里啦~如果你手里也有一个这样的关键基因的话不妨来试试这篇文章的分析思路吧~

参考文献：

Cao Y , Jiao N , Sun T , et al. CXCL11 Correlates With Antitumor Immunity and an Improved Prognosis in Colon Cancer[J]. Frontiers in Cell and Developmental Biology, 2021, 9:646252.