黄陈申/王宁/黄琦团队iScience：通过机器学习确定S1PR4作为头颈鳞癌中有利预后的免疫调节因子

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2023年8月18日，福建省立医院黄陈申团队、湖州市中心医院王宁团队和同济大学黄琦团队在Cell Press细胞出版社期刊iScience上合作发表了题为“Identification of S1PR4 as an immune modulator for favourable prognosis in HNSCC through machine learning”的研究论文。该研究通过机器学习算法发现鞘氨醇-1-磷酸受体4（Sphingosine-1-Phosphate Receptor 4, S1PR4）是头颈鳞状细胞癌（head and neck squamous cell carcinoma, HNSCC）中有利于患者预后的重要免疫调节因子。

论文通讯作者为黄陈申、王宁、黄琦；论文第一作者为黄陈申、祝奉硕、张豪；福建省立医院为本文第一单位。

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研究亮点

通过机器学习分析HNSCC的GPCR表达模式，筛选出有利预后的关键调节基因S1PR4。
S1PR4与微环境中的CD8⁺T细胞比例和细胞毒性作用均呈显著正相关。
S1PR4在T细胞中主要表达在CX3CR1⁺CD8⁺ T细胞亚型，并通过促进T细胞的IFNG及GZMB释放增强T细胞的肿瘤杀伤能力。

背景介绍

G蛋白偶联受体（G Protein-Coupled Receptors, GPCRs）是一类具有七次跨膜结构的细胞表面信号蛋白家族，被认为是当前治疗人类疾病中最重要的药物靶点。市场上现有以及临床试验阶段的抗肿瘤药物大多数靶向于GPCRs[1,2]。目前，人类基因组中已鉴定出超过800种GPCRs，但是很多GPCRs在肿瘤进程中的功能尚未明确[3]。因此，深入了解GPCRs在肿瘤发生发展中的作用有助于新一代抗肿瘤药物的研发。

结果解读

该研究首先通过非负矩阵分解算法（Non-negative Matrix Factorization, NMF）将头颈鳞状细胞癌（head and neck squamous cell carcinoma, HNSCC）患者根据其GPCR表达水平分为两种不同的分子亚型，记为C1和C2亚型。上述两种分子亚型的患者在总体生存期（Overall Survival, OS）和无进展生存期（Progression Free Survival, PFS）上有着明显差异，属于C2亚型的患者有着较好的临床预后，OS和PFS均明显延长（图1）。

该研究也探索了C1和C2亚型的患者在分子水平的差异。基于转录组的差异基因分析及通路分析可以发现，C1和C2亚型的患者在分子水平的差异主要集中体现在免疫相关基因和通路。因此，作者针对两种亚型的免疫微环境进行了重点研究。通过多种生物信息学算法的平行验证，作者团队确定了C1和C2亚型患者的免疫微环境存在明显差异。其中，具有较好预后的C2亚型患者的肿瘤微环境中存在较多的CD8⁺ T细胞浸润（图2）。

该研究通过随机森林等算法寻找在上述两种亚型的分类中起到重要作用的基因，并最终鉴定到了S1PR4作为潜在的关键基因。该研究发现S1PR4在C2亚型患者中具有较高的表达；S1PR4是HNSCC患者预后的保护性因素；S1PR4的表达水平与CD8 T细胞的表面标志物（CD8A、CD8B）以及细胞毒性标志物（IFNG、GZMB）均呈显著正相关。进一步，作者通过公共数据库中T细胞的泛癌单细胞图谱发现：在CD8⁺ T细胞中，S1PR4主要表达在CX3CR1⁺CD8⁺T细胞亚群上。有趣的是，近几年的研究表明CX3CR1⁺CD8⁺T细胞具有较强的细胞毒性作用[4, 5], 提示S1PR4可能与CD8⁺ T细胞的肿瘤杀伤能力有关（图3）。

为了验证上述结论，该研究团队回顾性使用了59例HNSCC患者的石蜡切片作为外部验证队列，通过免疫组化及免疫荧光实验在蛋白水平验证了：1）S1PR4是HNSCC患者预后的保护性因素；2）S1PR4与CD8、IFNG以及GZMB均具有显著相关性；3）HNSCC组织中存在S1PR4⁺CX3CR1⁺T细胞。最后，该研究发现S1PR4的小分子激动剂可以在体外水平促进T细胞的IFNG及GZMB释放，可以增强T细胞的肿瘤杀伤能力（图4）。

综上，这一研究揭示了S1PR4在肿瘤调控中的新功能，S1PR4是HNSCC中有利预后的重要免疫调节因子，可能成为未来肿瘤治疗的潜在靶标。