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本文通过公共数据库探讨了多种肿瘤疾病相关的炎症机制，在大量公共数据的分析下发现了多种癌症和相关的炎症通路中具有强烈的富集，并探讨了潜在的治疗靶点，然后，使用了多种实验方法进行了验证。文章最大的创新之处就在于作者通过公共数据库对多种肿瘤疾病的炎症机制的系统性分析，并进行了充分的验证。（看似简单的思路却需要大量的精力与时间，对于大量公共数据库分析觉得有难度的小伙伴欢迎call小云，小云将为小伙伴们提供最优质的生信服务！）

题目：SOX2 剂量通过调节 FOSL2/IL6 轴维持促肿瘤炎症，从而驱动疾病侵袭性

杂志：Molecular Cancer

影响因子：IF=37.3

发表时间：2023年3月

研究背景

本文的研究背景是关于肿瘤发展中炎症的重要性。炎症是肿瘤发展的标志之一，但其在肿瘤内的维持和对疾病侵袭性的影响仍不完全清楚。因此，本研究旨在探讨SOX2剂量在肿瘤炎症中的作用，以及其如何通过调节FOSL2/IL6轴来推动疾病的侵袭性。此外，该研究还旨在为开发新的治疗策略提供基础，为肿瘤治疗提供新的思路和方向。

数据来源

研究思路

从 TCGA 和 GEO 数据库下载了 27 个肿瘤实体（约 5000 个样本）的数据。对这些数据和内部数据进行多组学分析，以研究肿瘤侵袭性的分子决定因素。利用分子功能丧失数据，解决了炎症诱导的肿瘤侵袭性的机制基础。随后使用患者标本和体内疾病模型来验证研究结果。发现 FOSL2 在特定侵袭性癌症的肿瘤切片中过度表达。因此，长期炎症会诱导免疫抑制并激活胞苷脱氨基作用，从而导致 DNA 损伤，正如侵袭性肿瘤中的相关突变特征所证明的那样。作者的数据证明了 SOX2 通过 FOSL2/IL6 维持炎症，从而促进 DNA 损伤和基因组不稳定，从而导致肿瘤侵袭性。

主要结果

1.体细胞拷贝数改变与肿瘤侵袭性相关

作者研究了 27 种癌症实体的肿瘤侵袭性的分子特征，比较了高侵袭性癌症和低侵袭性癌症的分子数据。根据该标准，有 10 种癌症实体：多形性胶质母细胞瘤 (GBM)、胰腺腺癌 (PAAD)、卵巢浆液性囊腺癌 (OV)、皮肤皮肤黑色素瘤 (SKCM)、胆管癌 (CHOL)、膀胱尿路上皮癌 (BLCA）、肺鳞状细胞癌（LUSC）、头颈鳞状细胞癌（HNSC）、食管癌（ESCA）和胃腺癌（STAD）被归类为高度侵袭性。

以下肿瘤实体被分类为侵袭性较低：前列腺腺癌 (PRAD)、甲状腺癌 (THCA)、胸腺瘤 (THYM)、睾丸生殖细胞肿瘤 (TGCT)、肾嫌色细胞瘤 (KICH)、肾肾乳头状细胞癌 (KIRP) 和乳腺浸润性癌 (BRCA)（图 1，A1）。超过 50% 的侵袭性肿瘤患者在随访 2,500 天内死亡，而超过 90% 的侵袭性肿瘤患者在随访 10,000 天后仍存活（图 1，A2）。所有癌症实体诊断时的平均年龄为 58 ± 13 岁（图 1，A3）。诊断时的年龄与死亡率之间没有直接关系如 PRAD，仅在老年患者中发现（图 1，A4）。在一些高度侵袭性肿瘤中，如 SKCM在年轻和老年患者中观察到高肿瘤突变负荷，比例相当。然而，在 GBM 中观察到类似但较低的肿瘤突变负荷 (TMB)，这表明侵袭性的其他可能原因（图 1，A5）。相关分析显示，疾病死亡率与 sCNA 总数呈正相关，但与 TMB 无关（图 1，B1）。

一般来说，拷贝数缺失比扩增更显著（图 1、B2 和 B3）。与侵袭性较低的肿瘤相比，高度侵袭性肿瘤存在更多的体细胞拷贝数改变。除了 SKCM 之外，TMB 没有观察到如此明显的趋势。

图 1 体细胞拷贝数改变与癌症侵袭性相关

2.sCNA 与癌症发病相关

考虑到某些实体的早期癌症发病与侵袭性疾病表型相关，作者随后询问 sCNA 是否与癌症发病同样相关。为了解决这个问题，作者使用了 TGCT 的数据，其中超过 80% 的病例显示早期发病。与老年患者相比，作者观察到年轻患者的 sCNA 更多（图 1，B4）。

鉴于最近关于癌症性别差异的报道，作者同样研究了早期癌症发病中性别对其他早期发病癌症可能产生的影响。在年轻患者中，ACC 和 GBM 的女性比例较高。在老年患者中，患有 ACC 的男性比例较高，但 GBM 的分布与女性相当。THYM 在年轻男性中占主导地位，而 GBM 和 SARC 在年轻女性中占主导地位（图 1，C1）。对于早发的癌症，男性和女性之间的 TMB 没有差异。为了进一步确定 sCNA 在癌症发病中的参与，作者专门研究了肾上腺皮质癌 (ACC)。作者评估了 45 岁之前诊断出 ACC 的女性是否比同一年龄范围内诊断出的男性表现出更多的 sCNA 改变。事实上，年轻女性的 sCNA 数量多于男性（图 1，C2）。在 GBM 中，早期和晚期发病的 sCNA 没有差异。

3.IDH1 和 TP53 突变与 GBM 早发相关

为了更好地了解 GBM 侵袭性和发病的分子基础，作者分析了体细胞突变以及 sCNA 和基因表达。正如在携带 IDH1 突变的 GBM 患者中所见，GBM 的早期发病与更好的总生存期相关（图 1，C3）。高水平的 TP53、IDH1 和 AT R X 突变与 GBM 的早期发病相关（图 1，C4）。在晚发病例中，7% 的病例观察到 PIK3CA 突变，但在早发病例中则没有。对 sCNA 的进一步分析显示，在发病晚期，特定致癌驱动因素的拷贝数扩增，而在发病早期则不存在。放大 3 号染色体显示晚发型 PIK3CA 和 SOX2 基因位点周围有 sCNA 扩增。

因此，早期 GBM 发病很可能与 DNA 损伤有关，而 sCNA 在晚期发病 GBM 中更为突出。为了支持这一点，在其他肿瘤实体的早期和晚期发作中同样观察到体细胞突变模式的差异。如，在肉瘤中，晚发病例中观察到超过 30% 的 TP53 突变，而早发型病例中观察到的 TP53 突变少于 10%。同样，在胸腺瘤中，超过 60% 的病例显示 GTF2I 突变，而只有 18% 的早发病例受此突变影响。最后，30% 晚发 TGCT 病例携带 KIT 突变，而早发病例中仅 8% 发现 KIT 突变。

图 2 SOX2 通过 FOSL2 增强炎症和致癌信号传导，从而促进疾病侵袭性

4. SOX2 在侵袭性肿瘤中扩增

作者识别并注释了 10 种最具侵袭性的癌症中的所有常见 sCNA。然后进行差异基因表达分析，比较 10 种侵袭性最强的癌症和 7 种侵袭性最弱的癌症。有超过 50 个具有体细胞拷贝数扩增的基因转录上调（图 1，D1），只有 5 个具有 sCNdel 的基因转录下调。为了确定参与肿瘤侵袭性的主要参与者，作者使用 “Boruta” 包根据其在侵袭性疾病表型中的重要性对所有受影响的基因进行分类，并捕获与定义的结果变量相关的重要特征。

如图1所示，D2、SOX2是最重要的变量，其次是AADAC、FAM83A、UPK1B和MYEOV。对前 20 个最重要基因进行的多变量 cox 比例回归显示，基因 SOX2、AADAC、FAM83A、MYEOV、UPKB1、ZIC5、ARL14、LYPD2、CALB1 和 MAGEA12 的高表达与所有分析的 27 个癌症实体的较差生存率相关。所选侵袭性相关基因在预后较差和较好的癌症中的表达如图 1 D3 所示。然后作者研究了 SOX2 作为转录因子是否确实可以调节已识别基因的表达。使用已发表的 SOX2 ChIP-seq 数据（ENDCODE），作者发现 SOX2 在以下三个基因周围出现峰值：AADAC、FAM83A 和 MYEOV（图 1，D4），对这些基因的 Kaplan-Meier 分析揭示了与患者总生存期的密切相关性。

5. FOSL2 过度表达与侵袭性肿瘤相关

基因集富集分析揭示了侵袭性肿瘤中促炎症途径的强烈富集，例如通过 NFkB 的 TNFA 信号传导、IL6-JAK-STAT3 信号传导、炎症反应和干扰素 α/γ 反应等（图 2A）。从最富集的标志基因集来看，前 10 个最富集的基因包括 FOSL 转录因子家族的两个成员（图 2B）。

鉴于 FOS 基因家族成员 (FOSL1) 的一个成员已被报道与 GBM 侵袭性相关，作者重点关注这些问题。为此，作者研究了 SOX2 是否可能调节 FOSL 基因表达。CWR-R1 前列腺癌细胞系中 SOX2 敲低导致 FOSL2 强烈下调，但 FOSL1 则不然（图 2C）。SOX2 ChIP-seq 数据分析表明，SOX2 与 FOSL2 的启动子结合，进而调节细胞炎症的关键介质 IL6（图 2D，左图）。为了确认 SOX2 直接参与致癌和炎症活动，作者对 SOX2 ChIP-seq 数据进行了通路分析，并观察到驱动多种癌症实体的通路以及 NFkB 相关的炎症特性。SOX2 ChIP-seq 数据源自野生型前列腺癌细胞系 CWR-R1 和 WA01。富集度计算为输入的平均倍数变化。为了确定 FOSL2 在疾病侵袭性中的参与，作者使用所有 27 个癌症实体的数据进行了差异基因表达分析，比较结果较差和较好的实体以及 FOSL2high 和 FOSL2low 肿瘤。

在侵袭性肿瘤和 FOSL2 高肿瘤中上调的基因之间存在很强的重叠。最后，作者研究了 FOSL2 是否正在驱动富集的基因集。为此，作者再次对来自所有 27 个癌症实体的 FOSL2high 和 FOSL2low（肿瘤样本进行基因集富集分析，并比较富集的标志基因集。如图2E右图所示，在高度侵袭性肿瘤中富集的大多数基因组在FOSL2high肿瘤中同样富集。

6. 炎症诱导免疫抑制和胞苷脱氨

在观察到侵袭性肿瘤中 FOSL2 基因高表达后，作者研究了患者标本和 PAAD 肿瘤模型中的这种关联。为此，作者对 GBM、PAAD、MCC 和 PRAD 的肿瘤切片中的 FOSL2 蛋白表达进行了染色。此外，作者从原发性切除的患者肿瘤材料中生成了五个 PAAD 异种移植物，并监测了大约 3 周的肿瘤生长。

作者观察到，尽管 FOSL2 在所有肿瘤中均表达，但与缓慢生长的肿瘤相比，快速生长的 PAAD 异种移植物显示 FOSL2 过度表达（图 2F）。此外，作者比较了来自不同实体的肿瘤样本中 FOSL2 的表达，并观察到与前列腺癌肿瘤相比，GBM、PAAD 和 MCC 的肿瘤中存在高表达。这些发现进一步支持了 FOSL2 在肿瘤侵袭性中的意义。为了进一步研究 SOX2/FOSL2 轴在疾病侵袭性中的相关性，作者从所有癌症实体中提取了 SOX2 片段平均值，并确定了与更好的总体生存率相关的阈值。无论考虑何种实体，具有较高 SOX2 平均片段拷贝的患者总体生存率较差。

使用这个阈值，作者确定在大多数侵袭性癌症中，大多数患者的 SOX2 片段平均值高于阈值。鉴于侵袭性较低的实体 TGCT 和 PRAD 具有相对较高的 SOX2 段平均值较高的患者分数，作者估计了平均 SOX2 段平均值并发现，这两个实体的平均 SOX2 段平均值非常低，表明相当稳定SOX2 剂量略高于作者确定的阈值。然后作者评估了 SOX2 和 FOSL2 在不同亚型的肺肿瘤和脑肿瘤中的表达。在肺癌中，在最具侵袭性的肺癌基底细胞癌和鳞状细胞癌亚型中观察到 SOX2 和 FOSL2 的较高表达。

同样，在中枢神经系统肿瘤中，与髓母细胞瘤相比，毛细胞星形细胞瘤、室管膜瘤和多形性胶质母细胞瘤中 SOX2 和 FOSL2 的表达较高。髓母细胞瘤的一个亚群显示出 SOX2 的高表达，表明该亚群的患者患有侵袭性疾病。在膀胱癌中，分析了肿瘤切除后发生转移的患者的数据。与局部病变的患者相比，切除后出现转移的患者没有什么不同。仔细观察每个癌症实体的 SOX2 基因座的前 10 个扩增最多和前 10 个删除最多的病例发现，侵袭性癌症中的 SOX2 剂量非常高。

7. 脂肪细胞功能研究和甲基化精细定位

作者在侵袭性肿瘤和 FOSL2 高肿瘤中观察到 IL6 及其下游效应子 STAT3 的高表达（图 2G，左图）。在基质中观察到 FOSL2 和 STAT3 的高表达（图 2G，中图）。在该激光显微解剖数据集中，IL6 表达非常低，因此未呈现。作者关注 PAAD，因为它具有侵袭性并且存在致密纤维化基质，这可能在炎症中发挥重要作用。

因此，作者分析了 II 级和 III 级 PAAD（图 2G，右图）以及准间充质和经典 PAAD（图 2G，右图）中 IL6 的表达。正如预期的那样，IL6 在 III 级以及准间充质 PAAD 肿瘤（更具侵袭性的 PAAD 亚型）中显著上调。然后，作者研究了近 300 个样本队列中免疫细胞标记物的表达，其中包括 41 个正常胰腺组织、59 个慢性胰腺炎组织和 195 个切除的 PAAD 组织。作者观察到从正常胰腺炎到 PAAD，FOXP3、LRRC32 以及 FOSL2 和 IL6 的表达稳定增加（图 2H，左图）。鉴于炎症与免疫抑制相关，作者评估了不同 PAAD 样本中的免疫细胞比例，观察到 Tregs、促炎性 M1 巨噬细胞和中性粒细胞显著增加，而活化的 NK 细胞从正常胰腺组织通过胰腺炎到 PAAD 减少。（ 2H，右图）。

当作者比较预后较差和较好的肿瘤时，观察到了类似的免疫浸润模式（图 2I）。众所周知，长期炎症会诱导胞嘧啶脱氨基作用以及 DNA 双链断裂，并导致基因组不稳定。因此，作者分析了侵袭性和侵袭性较低的肿瘤中的突变特征，并观察到侵袭性肿瘤中胞嘧啶脱氨突变特征的富集（图2J），并具有与炎症相关的特征性C>G突变。突变分析显示侵袭性肿瘤中 TP53 突变率很高（图 2K）。

小结

通过实验研究探讨SOX2剂量在肿瘤炎症中的作用，以及其如何通过调节FOSL2/IL6轴来推动疾病的侵袭性。作者使用了多种实验方法，来研究SOX2对肿瘤炎症的影响。通过这些实验，作者发现SOX2剂量可以调节FOSL2/IL6轴的表达，从而影响肿瘤炎症的维持和疾病的侵袭性。此外，作者还探讨了一些潜在的治疗靶点，为肿瘤治疗提供了新的思路和方向。整个思路清晰明了，实验方法严谨，研究结果具有一定的创新性和实用性。

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