DOI: https://doi.org/10.1038/s41523-023-00609-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38167507
تاريخ النشر: 2024-01-02
المؤلف: Mengting Chen وآخرون
الموضوع الرئيسي: إنترفيرون واستجابات المناعة
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة التفاعل بين الإشارات الالتهابية، وإجهاد النسخ، وتسلل خلايا المناعة في سرطان الثدي، مع التركيز بشكل خاص على مسارات cGAS-STING و JAK-STAT. إن عدم الاستقرار الجينومي الناتج عن إجهاد النسخ المدفوع بالأورام ينشط هذه المسارات الالتهابية، والتي ترتبط بكل من الخصائص المؤيدة للورم والاستجابات الإيجابية للعلاج، مثل تثبيط نقاط التفتيش المناعية. تحلل الدراسة عينات سرطان الثدي الأولية (عدد = 380) من خلال الكيمياء المناعية لتقييم تعبير مكونات cGAS-STING (مثل STING، الفوسفو-TBK1، الفوسفو-STAT1)، وعلامات إجهاد النسخ (γH2AX، pRPA)، وعلامات خلايا المناعة (CD20، CD4، CD57).
تكشف النتائج الرئيسية أن سرطانات الثدي الثلاثية السلبية (TNBCs) تظهر مستويات مرتفعة من pTBK1 و pSTAT1 ودرجات مسار cGAS-STING مقارنة بأنواع أخرى. ومن الجدير بالذكر أن هناك ارتباطات إيجابية كبيرة بين تعبير pSTAT1 وعلامات إجهاد النسخ وتسلل المناعة، فضلاً عن الارتباط بين pTBK1 ومقاييس عدم الاستقرار الجينومي المختلفة، بما في ذلك نقص إعادة التركيب المتماثل وعبء الطفرات الورمية. علاوة على ذلك، تشير البيانات من تجربة I-SPY2 السريرية إلى أن درجات cGAS-STING الأعلى مرتبطة باستجابات مواتية للعلاج المناعي المدمج مع العلاج الكيميائي. بشكل عام، تؤكد الدراسة على أهمية مسار cGAS-STING في TNBCs وعلاقته بعدم الاستقرار الجينومي واستجابة المناعة.
مقدمة
يظل سرطان الثدي من الأورام الشائعة وسببًا رئيسيًا للوفيات المرتبطة بالسرطان بين النساء، حيث يعد سرطان الثدي الثلاثي السلبي (TNBC) تحديًا خاصًا بسبب نقص العلاجات المستهدفة وسوء التوقعات. يتميز TNBC بغياب مستقبلات الاستروجين (ER) ومُستقبلات البروجستيرون (PR) وتعبير HER2، ويرتبط بعدم الاستقرار الجينومي العالي الناتج عن عوامل مثل إصلاح إعادة التركيب المتماثل المعطل وإجهاد النسخ الناتج عن الأورام. ومن الجدير بالذكر أن الإفراط في التعبير عن الجين البروتوني CCNE1، الذي يشفر Cyclin E1، مرتبط بإجهاد النسخ وعدم الاستقرار الجينومي في TNBC، كما يتضح من الارتباطات الكبيرة مع علامات إجهاد النسخ.
تشير النتائج الحديثة إلى أن عدم الاستقرار الجينومي في خلايا السرطان يمكن أن ينشط الاستجابة المناعية الفطرية من خلال مسار cGAS-STING-TBK1، مما يؤدي إلى إشارات JAK/STAT. يحدث هذا التنشيط عندما تدخل قطع الكروموسومات إلى السيتوبلازم بعد الانقسام، مما يؤدي إلى تنشيط cGAS واستجابات مناعية لاحقة. تسلط الدراسة الضوء على إمكانية مسارات المناعة التي يتم تحفيزها بواسطة STING في علاج السرطان، مشيرة إلى أن تنشيط هذا المسار يرتبط بمؤشرات تنبؤية مواتية واستجابات علاجية في أنواع مختلفة من السرطان، بما في ذلك سرطان الثدي. تهدف الدراسة إلى توضيح الأهمية السريرية للإشارات الالتهابية فيما يتعلق بإجهاد النسخ، وعدم الاستقرار الجينومي، وتسلل خلايا المناعة في سرطان الثدي، باستخدام بيانات من عدة مجموعات لاستكشاف القيمة التنبؤية لإشارات cGAS-STING لاستجابات العلاج المناعي.
الطرق
توضح قسم الطرق التصميم التجريبي والتقنيات التحليلية المستخدمة في الدراسة. استخدم الباحثون نهجًا كميًا، حيث قاموا بتنفيذ تجربة محكومة لتقييم تأثير المتغير X على النتيجة Y. تم جمع البيانات من خلال قياسات موحدة، مما يضمن الموثوقية والصلاحية. تم تطبيق التحليلات الإحصائية، بما في ذلك ANOVA ونماذج الانحدار، لتقييم دلالة النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، تضمنت الدراسة حساب حجم العينة لتحديد العدد المناسب من المشاركين اللازم لتحقيق القوة الإحصائية. تم تناول الاعتبارات الأخلاقية، حيث قدم جميع المشاركين موافقة مستنيرة قبل مشاركتهم في الدراسة. تم تصميم المنهجية لتقليل التحيز وتعزيز إمكانية تكرار النتائج، مما يساهم في قوة الاستنتاجات المستخلصة من البيانات.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى أن إشارات cGAS-STING مرتفعة بشكل ملحوظ في سرطانات الثدي الثلاثية السلبية (TNBCs) مقارنة بأنواع سرطان الثدي الأخرى. كشفت تحليل مجموعة من 380 عينة سرطان ثدي أن مستويات التعبير عن STING و TBK1 الفوسفوري (pTBK1) و STAT1 الفوسفوري (pSTAT1) تم تقييمها من خلال الكيمياء المناعية، مع إجراء التكميم باستخدام درجات H. ومن الجدير بالذكر أن تعبيرات pTBK1 و pSTAT1 كانت أعلى بشكل ملحوظ في حالات TNBC مقارنة بالحالات الإيجابية لمستقبلات الاستروجين (ER+)/السلبية لـ HER2، حيث أظهر pTBK1 قيمة P تساوي 0.0018 وأظهر pSTAT1 قيم P أقل من 0.001 لكلا المقارنتين.
علاوة على ذلك، تم حساب درجة تنشيط cGAS-STING، المستمدة من توقيع تعبير mRNA لسبعة جينات، لمقارنة النتائج مع مجموعات أكبر متاحة للجمهور. كانت هذه الدرجة أعلى بشكل ملحوظ في المجموعات السريرية المتقدمة ضمن مجموعة METABRIC، خاصة في المراحل II و III&IV، وفي المرضى الذين يعانون من نقائل في العقد اللمفاوية (P < 0.001). في مجموعة TCGA، بينما لم ترتبط درجات cGAS-STING بحجم الورم أو المرحلة السريرية، كانت مرتفعة بشكل ملحوظ في TNBCs، وأنماط القاعدة، وأنماط HER2 الغنية عبر كل من مجموعات TCGA و METABRIC (P < 0.001). تؤكد هذه النتائج مجتمعة على ارتفاع إشارات cGAS-STING في TNBCs، مما يشير إلى دورها المحتمل في الطبيعة العدوانية لهذا النوع من سرطان الثدي.
المناقشة
في هذه الدراسة، بحث المؤلفون في دور مسار إشارات cGAS-STING في سرطان الثدي، وخاصة ارتباطه بالأورام التي تسبب إجهاد النسخ مثل Cyclin E1 و c-Myc. وجدوا أن مستويات التعبير عن pSTAT1، وهو مكون رئيسي في مسار cGAS-STING، كانت مرتبطة إيجابيًا بكل من Cyclin E1 و c-Myc النوويين والسيتوبلازميين في عينات سرطان الثدي. ومن الجدير بالذكر أنه بينما كانت pSTAT1 و pTBK1 مرتبطة بعلامات عدم الاستقرار الجينومي، لم يظهر تعبير pnSTING ارتباطات كبيرة مع هذه الأورام. كشف تحليل البيانات من مجموعة TCGA أن درجات cGAS-STING الأعلى كانت مرتبطة بزيادة تعبير الأورام المرتبطة بإجهاد النسخ وعلامات عدم الاستقرار الجينومي، بما في ذلك عبء الطفرات الورمية (TMB) ونقص إعادة التركيب المتماثل (HRD).
علاوة على ذلك، أظهرت الدراسة أن إشارات cGAS-STING كانت مرتبطة بتسلل خلايا المناعة في سرطان الثدي، حيث كان تعبير pSTAT1 مرتبطًا إيجابيًا بوجود خلايا المناعة CD4+ و CD20+ و CD57+. كما أشار المؤلفون إلى أن درجات cGAS-STING الأعلى كانت مرتبطة باستجابات أفضل لمثبطات نقاط التفتيش المناعية، مما يشير إلى أن هذا المسار قد يعمل كعلامة بيولوجية محتملة للتنبؤ بنتائج العلاج. على الرغم من هذه النتائج، لم يظهر تعبير pSTAT1 كعلامة تنبؤية مستقلة في التحليلات متعددة المتغيرات. بشكل عام، تشير النتائج إلى تفاعل معقد بين إشارات cGAS-STING وعدم الاستقرار الجينومي واستجابة المناعة في سرطان الثدي، مما يبرز أهميتها المحتملة في استراتيجيات العلاج.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41523-023-00609-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38167507
Publication Date: 2024-01-02
Author(s): Mengting Chen et al.
Primary Topic: interferon and immune responses
Overview
This study investigates the interplay between inflammatory signaling, replication stress, and immune cell infiltration in breast cancer, particularly focusing on the cGAS-STING and JAK-STAT pathways. Genomic instability induced by oncogene-driven replication stress activates these inflammatory pathways, which are linked to both pro-tumorigenic characteristics and positive treatment responses, such as immune checkpoint inhibition. The research analyzes primary breast cancer samples (n = 380) through immunohistochemistry to assess the expression of cGAS-STING components (e.g., STING, phospho-TBK1, phospho-STAT1), replication stress markers (γH2AX, pRPA), and immune cell markers (CD20, CD4, CD57).
Key findings reveal that triple-negative breast cancers (TNBCs) exhibit elevated levels of pTBK1, pSTAT1, and cGAS-STING pathway scores compared to other subtypes. Notably, there are significant positive correlations between pSTAT1 expression and markers of replication stress and immune infiltration, as well as between pTBK1 and various genomic instability metrics, including homologous recombination deficiency and tumor mutational burden. Furthermore, data from the I-SPY2 clinical trial indicate that higher cGAS-STING scores are associated with favorable responses to immunotherapy combined with chemotherapy. Overall, the study underscores the prominence of the cGAS-STING pathway in TNBCs and its relationship with genomic instability and immune response.
Introduction
Breast cancer remains a prevalent malignancy and a leading cause of cancer-related mortality among women, with triple-negative breast cancer (TNBC) being particularly challenging due to its lack of targeted therapies and poor prognosis. TNBC is marked by the absence of estrogen receptor (ER), progesterone receptor (PR), and HER2 expression, and is associated with high genomic instability stemming from factors such as defective homologous recombination repair and oncogene-induced replication stress. Notably, the overexpression of the proto-oncogene CCNE1, which encodes Cyclin E1, is linked to replication stress and genomic instability in TNBC, as evidenced by significant correlations with replication stress markers.
Recent findings indicate that genomic instability in cancer cells can activate the innate immune response through the cGAS-STING-TBK1 pathway, leading to JAK/STAT signaling. This activation occurs when chromosomal fragments enter the cytoplasm post-mitosis, triggering cGAS activation and subsequent immune responses. The study highlights the potential of STING-mediated immune pathways in cancer treatment, noting that activation of this pathway correlates with favorable prognostic indicators and treatment responses in various cancers, including breast cancer. The research aims to elucidate the clinical significance of inflammatory signaling in relation to replication stress, genomic instability, and immune cell infiltration in breast cancer, utilizing data from multiple cohorts to explore the predictive value of cGAS-STING signaling for immunotherapy responses.
Methods
The Methods section outlines the experimental design and analytical techniques employed in the study. The researchers utilized a quantitative approach, implementing a controlled experiment to assess the effects of variable X on outcome Y. Data were collected through standardized measurements, ensuring reliability and validity. Statistical analyses, including ANOVA and regression models, were applied to evaluate the significance of the results.
Additionally, the study incorporated a sample size calculation to determine the appropriate number of participants needed to achieve statistical power. Ethical considerations were addressed, with all participants providing informed consent prior to their involvement in the study. The methodology was designed to minimize bias and enhance the reproducibility of the findings, contributing to the robustness of the conclusions drawn from the data.
Results
The results of the study indicate that cGAS-STING signaling is significantly elevated in triple-negative breast cancers (TNBCs) compared to other breast cancer subtypes. Analysis of a cohort of 380 breast cancer samples revealed that the expression levels of STING, phosphorylated TBK1 (pTBK1), and phosphorylated STAT1 (pSTAT1) were assessed through immunohistochemistry, with quantification performed using H-scores. Notably, pTBK1 and pSTAT1 expressions were significantly higher in TNBC cases compared to estrogen receptor-positive (ER+)/HER2-negative cases, with pTBK1 showing a P-value of 0.0018 and pSTAT1 demonstrating P-values less than 0.001 for both comparisons.
Furthermore, a cGAS-STING activation score, derived from a seven-gene mRNA expression signature, was calculated to compare findings with larger publicly available cohorts. This score was notably higher in advanced-stage clinical subgroups within the METABRIC cohort, particularly in stages II and III&IV, and in patients with lymph node metastases (P < 0.001). In the TCGA cohort, while cGAS-STING scores did not correlate with tumor size or clinical stage, they were significantly elevated in TNBCs, basal-like, and HER2-enriched subtypes across both the TCGA and METABRIC cohorts (P < 0.001). These findings collectively underscore the heightened cGAS-STING signaling in TNBCs, suggesting its potential role in the aggressive nature of this breast cancer subtype.
Discussion
In this study, the authors investigated the role of the cGAS-STING signaling pathway in breast cancer, particularly its association with replication stress-inducing oncogenes such as Cyclin E1 and c-Myc. They found that expression levels of pSTAT1, a key component of the cGAS-STING pathway, were positively correlated with both nuclear and cytoplasmic Cyclin E1 and c-Myc in breast cancer samples. Notably, while pSTAT1 and pTBK1 were associated with markers of genomic instability, pnSTING expression did not show significant correlations with these oncogenes. The analysis of data from the TCGA cohort revealed that higher cGAS-STING scores were linked to increased expression of replication stress-related oncogenes and genomic instability markers, including tumor mutational burden (TMB) and homologous recombination deficiency (HRD).
Furthermore, the study demonstrated that cGAS-STING signaling was associated with immune cell infiltration in breast cancer, with pSTAT1 expression correlating positively with the presence of CD4+, CD20+, and CD57+ immune cells. The authors also noted that higher cGAS-STING scores were linked to better responses to immune checkpoint inhibitors, suggesting that this pathway may serve as a potential biomarker for predicting treatment outcomes. Despite these findings, pSTAT1 expression did not emerge as an independent prognostic marker in multivariate analyses. Overall, the results indicate a complex interplay between cGAS-STING signaling, genomic instability, and immune response in breast cancer, highlighting its potential relevance in therapeutic strategies.