皮膚黒色腫患者の腫瘍形成と予後に関連する免疫関連バイオマーカーを同定する

Identification of immune-related biomarkers associated with tumorigenesis and prognosis in cutaneous melanoma patients.

• Biao Huang
• Wei Han
• Zu-Feng Sheng
• Guo-Liang Shen

抄録

背景:

皮膚皮膚黒色腫（SKCM）は、最も悪性で侵攻性の高い癌の一つであり、皮膚癌では死亡者数の約72％を引き起こしています。大規模な研究により、再発や転移のメカニズムが解明されてきたが、皮膚黒色腫の腫瘍形成は依然として不明である。腫瘍発生メカニズムの解明は、がん治療の指針となりうる予後バイオマーカーの同定に役立つ可能性がある。

Background: Skin cutaneous melanoma (SKCM) is one of the most malignant and aggressive cancers, causing about 72% of deaths in skin carcinoma. Although extensive study has explored the mechanism of recurrence and metastasis, the tumorigenesis of cutaneous melanoma remains unclear. Exploring the tumorigenesis mechanism may help identify prognostic biomarkers that could serve to guide cancer therapy.

方法:

GEOデータベース、TCGAデータベース、DAVID、STRING、Metascape、GEPIA、cBioPortal、TRRUST、TIMER、TISIDB、DGIdbを含む統合的バイオインフォマティクス解析を行い、SKCMの腫瘍進行とがん免疫に関与するハブ遺伝子を明らかにした。さらに、Soochow大学第一付属病院コホートのSKCM組織と正常組織との間でハブ遺伝子の発現レベルの差を検証するために免疫組織化学（IHC）染色を行いました。

Method: Integrative bioinformatics analyses, including GEO database, TCGA database, DAVID, STRING, Metascape, GEPIA, cBioPortal, TRRUST, TIMER, TISIDB and DGIdb, were performed to unveil the hub genes participating in tumor progression and cancer-associated immunology of SKCM. Furthermore, immunohistochemistry (IHC) staining was performed to validate differential expression levels of hub genes between SKCM tissue and normal tissues from the First Affiliated Hospital of Soochow University cohort.

研究成果:

SKCMと正常皮膚組織では、合計308個の差動発現遺伝子（DEG）と12個のハブ遺伝子が有意に異なって発現していることが判明した。機能アノテーションにより、炎症反応、免疫反応がSKCMの腫瘍化と密接に関連していることが示唆された。ハブ遺伝子のKEGG経路には、IL-10シグナル伝達とケモカイン受容体が結合するケモカインシグナル伝達が含まれている。5つのケモカインメンバー（CXCL9、CXCL10、CXCL13、CCL4、CCL5）は、より良好な全生存期間および病理学的ステージと関連していた。IHCの結果、SKCMではCXCL9, CXCL10, CXCL13, CCL4, CCL5タンパク質が正常組織と比較して有意に高いことが示唆されました。さらに、IRF7、RELA、NFKB1、IRF3、IRF1がCCL4、CCL5、CXCL10の主要な転写因子であることが示唆された。また、CXCL9、CXCL10、CXCL13、CCL4、CCL5の発現は、6つの免疫細胞（B細胞、CD8T細胞、CD4T細胞、マクロファージ、好中球、樹状細胞）と28種類のTILの浸潤と正の相関を示した。その中で、B細胞、CD8T細胞、好中球、樹状細胞の高レベルは、SKCMの生存期間の延長と有意に関連していた。

Results: A total of 308 differentially expressed genes (DEGs) and 12 hub genes were found significantly differentially expressed between SKCM and normal skin tissues. Functional annotation indicated that inflammatory response, immune response was closely associated with SKCM tumorigenesis. KEGG pathways in hub genes include IL-10 signaling and chemokine receptors bind chemokine signaling. Five chemokines members (CXCL9, CXCL10, CXCL13, CCL4, CCL5) were associated with better overall survival and pathological stages. IHC results suggested that significantly elevated CXCL9, CXCL10, CXCL13, CCL4 and CCL5 proteins expressed in the SKCM than in the normal tissues. Moreover, our findings suggested that IRF7, RELA, NFKB1, IRF3 and IRF1 are key transcription factors for CCL4, CCL5, CXCL10. In addition, the expressions of CXCL9, CXCL10, CXCL13, CCL4 and CCL5 were positively correlated with infiltration of six immune cells (B cell, CD8T cells, CD4T cells, macrophages, neutrophils, dendritic cells) and 28 types of TILs. Among them, high levels of B cells, CD8T cells, neutrophils and dendritic cells were significantly related to longer SKCM survival time.

結論:

以上のことから、本研究では主に5つのケモカインメンバー（CXCL9, CXCL10, CXCL13, CCL4, CCL5）がSKCMの腫瘍形成、進行、予後、免疫浸潤と関連していることが明らかになり、皮膚メラノーマ治療の免疫関連ターゲットの評価に役立つ可能性がある。

Conclusion: In summary, this study mainly identified five chemokine members (CXCL9, CXCL10, CXCL13, CCL4, CCL5) associated with SKCM tumorigenesis, progression, prognosis and immune infiltrations, which might help us evaluate several immune-related targets for cutaneous melanoma therapy.

© The Author(s) 2020.