学术成果 | CDKN2A/B和I型干扰素纯合子共缺失与肺腺癌的免疫抑制表型和不良预后相关

CDKN2A和CDKN2B的纯合缺失（HD）是肺腺癌（LUAD）中最常见的拷贝数变异（CNV）。CDKN2A/B纯合缺失会导致LUAD患者不良预后；然而其影响预后的机制尚不清楚。

近日，重庆医科大学附属第二医院杨镇洲教授联合吉因加，在Molecular Oncology （IF=6.603）杂志发表题为“Co-occurrence of CDKN2A/B and IFN-I homozygous deletions correlates with an immunosuppressive phenotype and poor prognosis in lung adenocarcinoma”的观点文章，对CDKN2A/B和I型干扰素纯合子共缺失与肺腺癌的免疫抑制表型和不良预后进行深度探讨。

主要发现

通过对TCGA中517例LUAD患者的基因组、转录组和临床数据，以及来自MSK-IMPACT临床队列中788例原发LUAD肿瘤的基因组、转录组和临床数据进行分析，发现CDKN2A/B纯合缺失在TCGA-LUAD和MSK-IMPACT队列中都是常见的CNV事件。在两个队列中，CDKN2A/B纯合缺失患者的DFS和OS比CDKN2A/B野生型患者的更短。I型干扰素（IFN-I）纯合缺失经常与CDKN2A/B纯合缺失同时发生，且都位于9p21.3区域。与CDKN2A/B野生型患者相比，同时出现CDKN2A/B纯合缺失和IFN-I纯合缺失的患者的DFS和OS更短。并且CDKN2A/B纯合缺失伴随IFN-I纯合缺失的肿瘤下调几个关键的免疫反应途径，这表明肺腺癌患者中CDKN2A/B纯合缺失的预后不良可能是由于IFN-I功能缺失导致的肿瘤微环境免疫抑制。

研究结果

1.CDKN2A/B纯合缺失在肺腺癌中频繁发生且提示预后不良

在TCGA-LUAD队列中，CDKN2A 纯合缺失和CDKN2B 纯合缺失的频率分别为19.0%（98/517）和18.4%（95/517），并且两个基因表现出非常强的共缺失（P<0.001，OR=7572.3），所以我们决定把两个基因放在一起分析。CDKN2A/B纯合缺失是TCGA-LUAD队列中最常见的CNV事件（19.1%，99/517）的患者中，在MSK-IMPACT队列中也是常见的CNV事件之一（5.7%，45/788）。在TCGA-LUAD队列中，与CDKN2A/B野生型患者相比，CDKN2A/B纯合缺失患者的DFS（P=0.015，HR 0.66，图1A）和OS（P=0.040，HR0.70，图1B）显著缩短。在MSK-IMPACT队列中，CDKN2A/B纯合缺失也与OS缩短有关（P<0.001，HR 0.45，图1C）。这些结果证实CDKN2A/B纯合缺失是LUAD的不良预后因素。

图1

2.与CDKN2A/B野生型肿瘤相比，CAKN2A/B纯合缺失肿瘤具有不同的突变特征

为了探讨CDKN2A/B纯合缺失在LUAD中的预后机制，我们首先分析年龄、性别、吸烟史和肿瘤分期与CDKN2A/B纯合缺失的关系。结果显示，TCGA-LUAD队列中CDKN2A/B纯合缺失患者和CDKN2A/B野生型患者的临床特征没有显著差异（图2A-D）。尽管在LUAD患者中高肿瘤突变负荷（TMB）与更好的预后相关，但在TCGA-LUAD队列中，CDKN2A/B纯合缺失肿瘤和CDKN2A/B野生型肿瘤之间的TMB并没有显著差异（图2E）。

图2

最常见的突变基因包括TP53（46% vs 48%），TTN（43% vs 46%），MUC16（35% vs 41%），和CSMD3（33% vs 38%），在CDKN2A/B纯合缺失和野生型中的突变频率大致相当（图2F，G）。EGFR与CDKN2A/B纯合缺失共发生，RB1与CDKN2A/B纯合缺失互斥（图2H）。但生存分析结果表明EGFR共发生或RB1互斥突变不是影响预后的因素，表明CDKN2A/B纯合缺失的预后差不受这些突变的影响。突变特征的fisher’s精确检验分析发现30个cosmic signatures中有三个存在显著关联：signature 4（与吸烟相关；OR=0.53 [0.32–0.89]，P=0.02）与CDKN2A/B纯合缺失显著正相关，signature 15和26与CDKN2A/B纯合缺失显著负相关（与缺陷DNA错配修复有关；OR=2.26 [1.24–4.05]，P=0.01; 图2I）。10个典型信号通路中NOTCH信号通路在CDKN2A/B野生型肿瘤中比在CDKN2A/B纯合缺失肿瘤中更容易发生突变（P=0.05; 图2J）。

3.IFN-I纯合缺失是CDKN2A/B纯合缺失最常见的CNV事件

每个染色体区域的拷贝数扩增和缺失频率（图3A）表明，CDKN2A/B纯合缺失肿瘤在染色体9p区域存在高频率的缺失。CDKN2A/B纯合缺失肿瘤和CDKN2A/B野生型肿瘤的拷贝数扩增差异主要出现在染色体14和15上（图3B），而拷贝数缺失的差异出现在第5、9、12、14、18、19和20号染色体上（图3C）。两组在基因组不稳定性、WGD和肿瘤倍性方面没有显著差异（图3D-F）。这些结果表明，肺腺癌中CDKN2A/B纯合缺失与广泛的染色体水平不稳定性无关，染色体不稳定会通过加速抗肿瘤耐药性的发展而导致不良预后。

CDKN2A/B纯合缺失肿瘤的染色体臂水平CNV程度高于CDKN2A/B野生型肿瘤，其中9p、9q、18q和Xp缺失的差异最为显著（图4A）。CDKN2A/B纯合缺失肿瘤中有41个显著的局灶性CNV区域（图4C），包括19个扩增区域，涉及到的基因有EGFR、MET、FGFR1、MYC和KRAS等常见驱动因素，以及22个缺失区域，其中包含NOTCH2、ATM和CDKN2A。我们还发现CDKN2A和CDKN2B所在的9p21.3区域包含大量I型干扰素基因，这些基因与CDKN2A/B纯合缺失显著共发生（图3G）。

图3

图4

4.CDKN2A/B^HD LUAD的不良预后与IFN-I^HD 基因事件有关

IFN-I是一种由病毒和其他环境应激源诱导的促炎症细胞因子。它也是抗肿瘤免疫的重要驱动因素，有可能增强免疫细胞清除肿瘤细胞的能力。我们比较了CDKN2A/B野生型肿瘤患者和CDKN2A/B纯合缺失肿瘤患者在伴有或不伴有INF-I纯合缺失的情况下的生存率。CDKN2A/B纯合缺失合并IFN-I纯合缺失肿瘤患者较CDKN2A/B野生型肿瘤患者DFS（P<0.001, HR 0.42）和OS（P= 0.017, HR 0.56）短（图5A），而CDKN2A/B纯合缺失IFN-I野生型肿瘤患者的DFS和OS与CDKN2A/B野生型肿瘤患者无差异（P=0.58，HR 0.88，图5C）或OS（P=0.32，HR 0.81，图5D）。这些结果表明，在肺腺癌中，伴随IFN-I基因功能缺失会导致CDKN2A/B纯合缺失患者的不良预后。

图5

5.肿瘤免疫微环境抑制导致CDKN2A/B伴随IFN-I纯合缺失的肺腺癌患者预后不良

IFN-I纯合缺失与免疫治疗抵抗有关，我们对25个与先天性和适应性免疫相关的基因集进行免疫评估，在CDKN2A/B^HDIFN-I^HD肿瘤中，6个免疫相关基因集相对下调，包括炎症反应、急性炎症反应、JAK-STAT信号传导，适应性免疫反应、巨噬细胞激活和髓细胞激活（图6A-F）。

图6

GSEA富集分析表明，与CDKN2A/B^HDIFN-I^WT肿瘤相比，CDKN2A/B^HDIFN-I^HD肿瘤中富集了典型WNT信号通路的负调控、DNA结合的负调控以及通过同源重组的双链断裂修复的负调控。而在CDKN2A/B^HDIFN-I^WT肿瘤中，IFN-I受体结合、辅助性T细胞分化、Tαβ细胞分化、CD4αβT细胞分化和髓样细胞发育上调（图6G-O）。我们也比较了颗粒酶，激活CD4+/CD8+ T细胞，细胞因子，趋化因子，PD1和PD-L1免疫抑制检查点的关键基因。KNTC1（活化CD4+T细胞标记物）和AHSA1（活化CD8+T细胞标记物）在CDKN2A/B^HDIFN-I^HD肿瘤高表达（图7A-B）。天然免疫细胞通过增强抗原呈递和免疫反应介质（如细胞因子和趋化因子）的产生来对I型干扰素作出反应。CX3CR1和IFNA1在CDKN2A/B^HDIFN-I^HD肿瘤中的表达显著低于CDKN2A/B^HDIFN-I^WT肿瘤（图7F）。而XCL1在CDKN2A/B^HDIFN-I^HD肿瘤中的表达高于CDKN2A/B^HDIFN-I^WT肿瘤（图7G），XCL1的表达可能会在肿瘤微环境中诱导PD1/PD-L1相互作用和CD8+T细胞功能障碍。

图7

研究结论

CDKN2A/B纯合缺失会导致肺腺癌患者的不良预后，但是背后的预后机制并没有研究报道，我们的研究发现许多的I型干扰素基因与CDKN2A/B共缺失且与CDKN2A和CDKN2B处于染色体的同一个区域，而I型干扰素是抗肿瘤的主要驱动因素，CDKN2A/B伴随I型干扰素基因的共同纯合缺失导致肺腺癌患者的OS和DFS缩短，并且通过下调一些重要的免疫通路来抑制免疫反应，因此CDKN2A/B纯合缺失的肺腺癌患者预后差可能是由于伴随I型干扰素功能丧失导致肿瘤免疫微环境受到抑制。

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参考文献：

1. Yuan Peng,Yonghong Chen,Mengmeng Song,et al.Co-occurrence of CDKN2A/B and IFN-I homozygous deletions correlates with an immunosuppressive phenotype and poor prognosis in lung adenocarcinoma.Molecular Oncology.07 March 2022.doi:10.1002/1878-0261.13206.