胆固醇代谢与包括癌症在内的许多疾病有关，并且已证实其与肿瘤细胞增殖、迁移和侵袭有关。在癌症中，胆固醇扮演着多种角色。首先，肿瘤细胞中过量的胆固醇作为代谢物质之一，满足了肿瘤细胞快速增殖所需的能量和生物合成需求。本研究基于胆固醇代谢相关基因进行癌症亚型的划分并研究其异质性。本文是近期发表在《Journal of Translational Medicine》（IF：7.4）杂志上，让我们一起来学习吧！

Multiplex immunohistochemistry defines two cholesterol metabolism patterns predicting immunotherapeutic outcomes in gastric cancer

摘要

背景：胆固醇代谢在胃癌（GC）中的作用及其对肿瘤特征和免疫治疗反应的影响目前尚不清楚。本研究目的是研究这一作用，识别相关的代谢亚型，并评估其在胃癌中的临床意义。

方法：利用TCGA和GEO的转录组数据对胆固醇代谢基因（CMGs）进行了全面分析。基于23个具有代表性的CMG，将GC划分为代谢亚型。评估了这些亚型之间的临床特征和免疫细胞浸润水平。此外，鉴定了CMG signature，并评估了其在GC中的临床相关性。

结果：分析显示了GC中的两种胆固醇代谢亚型：胆固醇代谢1型（CMT1）和胆固醇代谢2型（CMT2）。这些亚型表现出不同的模式： CMT1表示胆固醇的生物合成升高，而CMT2显示异常的胆固醇转运。CMT2与不良的临床特征、丰富的恶性通路和促肿瘤免疫微环境相关。此外，开发了一个five-CMG预后特征（ABCA1、NR1H3、TSPO、NCEH1和HMGCR），可以有效地预测GC患者的预后和他们对化疗和PD-1抑制剂的反应。

结论：研究结果强调了胆固醇代谢模式作为预测胃癌预后和免疫治疗反应的生物标志物的有效性。胆固醇代谢基因的表达和胆固醇代谢模式的评估有可能预测免疫治疗的结果和指导治疗策略。

结果

1. GC中CMGs的表达

流程图如A所示。从公共数据库中检索到总共23个CMG（ABCA1、ABCG1、CETP、FDPS、HMGCR、HMGCS1、LCAT、LDLR、LSS、NCEH1、NPC1、NPC2、NR1H2、NR1H3、PCSK9、SC5D、SCARB1、SOAT1、SORT1、SQLE、SREBF1、SREBF2和TSPO），并在375个GC组织和32个正常胃组织之间比较它们的表达水平（B）。CNV分析显示23个CMG中普遍存在CNV改变，并且所有CMG都集中在拷贝数扩增上（C）。体细胞突变分析显示，394例中有79例存在CMG突变。其中ABCA1、NPC1、Abcg1和SREBF2的基因突变率最高(D)。

2. GC中不同的胆固醇代谢模式

聚类分析将ACRG数据集的样本分为两个不同的聚类:胆固醇代谢型1 (CMT1)和胆固醇代谢型2 (CMT2)(A-B)。主成分分析（PCA）显示两个亚型之间的高度分化（C）。生存分析显示CMT2的预后较CMT1差(D)。热图显示了CMT1和CMT2之间CMG表达的差异（E）。CMT1高表达胆固醇生物合成调控因子HMGCR、HMGCS1、SREBF2、SC5D、LSS、SQLE和FDPS。相比之下，胆固醇转运蛋白如ABCA1、ABCG1、LXRs (NR1H3/2)和NPC2在CMT2中高表达。从这些基因的功能来看，CMT1以胆固醇合成活跃为特征，CMT2以胆固醇转运异常为特征。此外，与CMT1相比，CMT2女性更年轻，T分级更严重，远处转移率更高，弥漫性- lauren型患病率更高，MSS/EMT分子亚型患病率更高，表明临床结果更差(F-K)。

3. 胆固醇代谢亚型之间生物学特性的差异

通过GSVA分析两种GC亚型之间的生物学差异。CMT1与细胞周期和转录密切相关，在胆固醇生物合成中具有活性。然而，CMT2在恶性肿瘤，如黑色素瘤和神经胶质瘤；与肿瘤进展相关的信号通路，如mTOR信号通路、MAPK信号通路、JAK-STAT信号通路；免疫细胞浸润和细胞粘附中富集(A)。两种GC亚型的差异表达分析鉴定出2854个DEGs，GSEA显示，与CMT1相比，CMT2上调了上皮-间质转化(EMT)途径，下调了胆固醇代谢稳态途径(B)。

4. GC中CMT与免疫细胞浸润及免疫治疗应答的关系

ESTIMATE分析表明，在CMT2肿瘤中，ESTIMATE评分、Immune评分和Stromal评分的分布较高，而肿瘤纯度较低(C-F)。使用ssGSEA进一步分析显示，两种亚型之间的免疫细胞浸润程度存在显著差异，CMT2中免疫浸润细胞更丰富(G)。CIBERSORT结果显示了不同类型免疫细胞的比例。幼稚B细胞、γ δ T细胞、M2样巨噬细胞、静息树突状细胞、静息肥大细胞和嗜酸性粒细胞在CMT2 GC中的含量高于CMT1 GC。相比之下，CMT2对浆细胞、滤泡辅助性T细胞、活化NK细胞、M0样巨噬细胞、活化树突状细胞、活化肥大细胞和中性粒细胞的浸润水平较低。综上所述，虽然CMT2 GC中有较高程度的免疫细胞浸润，但失活和抑制的免疫细胞占据了TME。抑制受体KLRB1和KLRG1在CMT2中高表达(B)。进一步分析了免疫治疗反应与CMT之间的关系。CMT2具有较低的PD-L1表达，较低的TMB和较高的Tide评分(I-K)。这些结果表明CMT2 GC对抗PD -1免疫治疗反应较差。

5. 预后CMGs的识别与风险模型的构建

单因素Cox回归分析发现8种CMGs与胃癌患者预后显著相关(A)。LASSO回归分析进一步选择预后标志基因，利用5个CMGs (ABCA1、TSPO、NCE1、NR1H3和HMGCR)构建基于风险评分的预测模型(B-C)。计算每个患者的风险得分，根据使用R包“survminer”获得的最佳截止值，将患者分为高低风险组(D)。高危组的死亡率明显高于低危组(E)。CMT2的风险评分明显更高(F)。相关性热图揭示了CMG风险评分与免疫微环境之间的关系。风险评分与浆细胞、活化CD4记忆T细胞、滤泡辅助T细胞、活化NK细胞、M1样巨噬细胞、活化树突状细胞和免疫检查点(PD-L1和LAG3)呈负相关。相反，风险评分与幼稚 B细胞、静息CD4记忆T细胞、静息NK细胞、单核细胞、M2样巨噬细胞、静息树突状细胞、静息活化肥大细胞和嗜酸性粒细胞呈正相关(G)。

6. CMG风险评分与抗PD - 1治疗反应相关

为了进一步验证CMG特征(ABCA1, TSPO, NCE1, NR1H3和HMGCR)在预测免疫治疗反应中的作用，招募了35名接受PD-1抑制剂治疗的GC患者，在该队列中，35例患者的平均年龄为58岁。该队列包括4例2期患者，9例3期患者和22例4期患者。抗PD -1中位数为3，33例患者接受SOX基础化疗，1例患者接受CapeOX，1例EGJ患者接受紫杉醇+卡铂。总结了35例GC患者的治疗情况(A)。经过3个周期的抗PD-1治疗，35例患者中有23例达到部分缓解（PR）,有3例达到疾病稳定（SD）,有9例达到病变进展（PD）(B)。抗PD -1治疗开始后的中位PFS和OS分别为6.3和13.7个月(C-D)。

进行多重免疫组化染色(NCR1、NR1H3、TSPO、ABCA1和HMGCR)，并计算每位患者的CMG风险评分。A为代表性染色图像，无应答者ABCA1表达较高，HMGCR表达较低(B)，因此CMG风险评分较高(C-D)。根据中位CMG风险评分将35例患者分为高危组和低危组，高危组患者的有效率较低( E)。基于最佳临界值，CMG高危组PFS和OS较短(F-G)。

小结

本研究揭示了GC的两种不同的胆固醇代谢亚型:CMT1以活跃的胆固醇生物合成为特征，CMT2以异常的胆固醇运输为特征。CMT2与较差的预后和免疫治疗反应降低有关。基于胆固醇代谢模式的遗传标记可作为胃癌患者预后和抗PD -1治疗反应的有效生物标志物。这些发现揭示了胆固醇代谢在胃癌中的作用及其对个性化治疗策略的潜在影响。

本文在进行两个亚型之间异质性分析时，对富集通路、免疫细胞浸润、对药物反应等方面都做出了详细的对比，也发现两个亚型对不同药物反应的不同，本研究的分型为精准给药提供了临床指导。