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史上最全|格局打開，藥物也可以這樣做基因組學，確定不來學學？
“這是迄今為止最全面的兒童急性淋巴白血病（ALL）藥物基因組圖譜，為今后ALL個性化的精準治療提供了藍圖”，心動了嗎？是不是瞬間覺得生物信息學竟然可以這么高端大氣上檔次！沒錯，小編看到這篇文獻也激動地控制不住自己想要分享給各位小伙伴呢！這就是前不久剛發表在 Nature Medicine （2021年IF：87.24,2022年預測IF高達100.29）雜志上的重磅研究，題目為“Pharmacotypes across the genomic landscape of pediatric acute lymphoblastic leukemia and impact on treatment response”。
研究內容
1.臨床特征與ALL藥物敏感性的相關性
為了全面表征藥物敏感性特征與體內治療反應之間的關系，作者評估了來自不同St. Jude ALL臨床試驗中的805名患者的白血病細胞對18種藥物的敏感性（圖1和表1），共進行了5447次50%致死濃度(LC50，殺死50%白血病細胞所需的劑量)檢測。同時，對診斷為ALL患者的細胞進行RNA測序 (RNA-seq)，將每位患者分類到23種獨特亞型中的一種。在所有藥物中，觀察到藥物敏感性存在廣泛的個體差異，平均變異系數為55.3%。此外，每個患者都在誘導中期（第15天）或誘導后（第42天）進行MRD（minimal residual disease，微小殘留病的程度，指在初始治療后在顯微水平的腫瘤細胞殘余情況））檢測，作為體內治療對化療反應的衡量標準，并對藥物敏感性、體細胞基因組學、MRD和長期生存結果進行綜合分析，以表征兒童ALL的藥物基因組學景觀。
表1 ：患者隊列的臨床特征
2.藥物敏感性因ALL亞型而異
作者試圖表征ALL體細胞基因組景觀中的藥物敏感性。結果發現，除帕比司他、ruxolitinib、硼替佐米和柔紅霉素外，18種藥物中的14種均表現出顯著的亞型間變異性(P<0.05)（圖2a）。
①預后較好的亞型ETV6-RUNX1和超二倍體ALL對緩解誘導(PVDL)中常用的四種藥物高度敏感，ETV6-RUNX1的PVDL LC50為0.28，超二倍體為0.26，其余亞型均顯著低于0.41；
②與ETV6-RUNX1相比，預后較差的亞型BCR-ABL1、BCR-ABL1樣和KMT2A表現出更高的PVDL LC50，分別為0.46，0.66，0.54；
③DUX4是最近發現的具有良好結果的亞型，其PVDL LC50為0.33，L-天冬酰胺酶的LC50更高，為0.73；
④與非超二倍體相比，超二倍體對維奈托克的敏感性顯著更高（圖2b）；
⑤T細胞ALL、TCF3-PBX1和BCR-ABL1對達沙替尼具有高的敏感性，BCR-ABL1也對依魯替尼敏感；
⑥NUTM1對幾種抗代謝物的LC50較低：阿糖胞苷LC50為0.09，巰基嘌呤LC50為0.16和硫鳥嘌呤LC50為0；
⑦盡管具有幾乎相同的全局基因表達譜特征，但ETV6-RUNX1樣和ETV6-RUNX1 ALL在藥物敏感性方面表現出顯著性差異：ETV6-RUNX1樣ALL對L-天冬酰胺酶更具耐藥性、但對曲美替尼的敏感性增加；
⑧BCR-ABL1、BCR-ABL1樣和CRLF2也基于全轉錄譜和體細胞基因組特征相互關聯，這3種亞型對達沙替尼（LC50分別為0，1.0，0.89）、巰基嘌呤（LC50分別為（LC50分別為0.54，0.97， 比 0.48）和潑尼松龍（LC50分別為0.54，1.0，0.27）具有不同的敏感性，但對其他細胞毒性藥物和靶向藥物的反應相似；
⑨與其他T細胞ALL相比，早期T細胞前體（ETP）ALL對抗代謝物和非抗代謝物細胞毒性藥物的耐藥性更強，顯示出更高的維奈托克敏感性趨勢，但是統計學意義不顯著。
綜上所述，研究數據指出了ALL中新的亞型特異性治療機會。為了探索多重測試的效果，作者還對這些亞型的相關性比較進行了Benjamini-Hochberg校正，結果顯示大多數亞型的相關性仍然很顯著。
a. 每種分子亞型的18種白血病藥物的LC50值。低LC50值（即較高的藥物敏感性）以藍色顯示，高LC50值（即較高的耐藥性）以紅色顯示。帶虛線的圓圈表示只有一個具有該亞型的病例針對該藥物進行了測試。缺失/未測試的藥物表示為空心圓圈。
b. 藥物LC50分布顯示在小提琴圖中，比較所選亞型。
3.ALL離體藥物敏感性與MRD的相關性
接下來，作者評估了藥物LC50與體內反應的相關性。對每位患者，在第15天和第42天檢測MRD。在這項研究中，作者評估了每種藥物的線性回歸系數（β），其中系數的每個單位變化代表MRD的單位變化（log10-變換），即系數為 0.30（或log102） 表示耐藥患者的 MRD 是敏感患者的兩倍；系數為 ?0.30（或log100.5） 耐藥患者的 MRD 是敏感患者的一半。系數為零表示耐藥患者和敏感患者之間的MRD沒有差異。
與MRD顯著相關的藥物在B細胞ALL和T細胞ALL之間存在顯著差異（圖 3a、b）。在 B細胞ALL中，與第15天和第42天MRD呈正相關的藥物包括L-天冬酰胺酶（β= 0.30/β= 0.23），潑尼松龍（β= 0.30/β= 0.25），地塞米松（β= 0.28/β= 0.17）和巰基嘌呤（β= 0.17/β= 0.17）。此外，硫鳥嘌呤（β= 0.18）和阿糖胞苷（β= 0.15）也與第15天MRD相關。對于T細胞ALL，帕比司他（β= 0.56）和達沙替尼（β= 0.42）與第15天MRD呈正相關，維奈托克（β= -0.50）與第15天MRD呈負相關。奈拉濱（β= 0.57）與第42天MRD呈正相關。
4.藥物基因型定義不同的ALL亞型和預后
為了解決藥物敏感性檢測中的缺失值問題，作者使用序貫回歸多重插補法 (n = 10) 來估算LC50值。將無監督層次聚類分析應用于8050×18個數據點的矩陣，觀察到6個具有獨特藥物反應表型模式的ALL病例簇（圖4）。聚類I定義為對達沙替尼和依魯替尼有顯著敏感性，主要由已知對達沙替尼敏感的亞型定義，即BCR-ABL1(27%) 和T細胞ALL(50%)；聚類II顯示出對維奈托克和曲美替尼的敏感性，具有高比例的超二倍體(41%)；聚類III中的病例對L-天冬酰胺酶和潑尼松龍普遍敏感，ETV6-RUNX1比例最高(41%)，其次是超二倍體ALL(23%)，可能由化療敏感的低風險ALL組成；聚類IV對潑尼松龍表現出相似的敏感性，但與聚類III不同，聚類IV具有高度異質性，包含19種不同的亞型，其中，DUX4(9%)和KMT2A(6%) 占優勢；聚類V是最耐藥的組，在所有細胞毒性藥物（類固醇、L-天冬酰胺酶、長春新堿、柔紅霉素和硫嘌呤）中具有最高的LC50。然而，該組也對曲美替尼、維奈托克和依魯替尼等靶向藥物表現出一定的敏感性，其中T細胞ALL (31.6%)、ETP-ALL(10.5%)和BCR-ABL1樣 (5.3%)比例較高；聚類VI具有更異質的藥物敏感性特征，對糖皮質激素具有一致的耐藥性，但對其他細胞毒性藥物或靶向藥物的反應不一。該聚類由不同的亞型組成，KMT2A(6.5%)和BCR-ABL1樣(4.3%)比例較高，并且TCF3-HLF僅出現在該聚類中，均與不良預后有關。總而言之，每個基于藥物敏感性的簇代表的體細胞基因組學存在高度異質性。
藥物敏感性不同亞型聚類的MRD存在顯著性差異。與聚類IV、V和VI相比(第15天MRD陰性的比例分別為28%、21%和22%)，盡管聚類I也有相當大比例的耐藥患者(33%，MRD第15天≥5%)，聚類I、II和III也更能代表快速早期白血病清除的患者(第15天MRD陰性的比例分別為43%、39%和46%)。在第42天，聚類I，II和III繼續顯示出較高的MRD陰性（分別為86%，82%和93%）。IV 類患者在第 15 天具有較高的 MRD 陽性，但在隨后的誘導治療后有所改善，在第 42 天 MRD 清除率大大提高（MRD 陰性比例 = 85%），這是之前報道的DUX4亞型的特征性反應。相比之下，聚類V和VI表現出持續的不良反應，第42天MRD陽性的病例比例更高。
最后，作者評估了藥物敏感性聚類模式與ALL治療結局的相關性，重點關注長期生存數據成熟的全治療XV和XVI試驗。6個藥物敏感性聚類的無事件生存期(EFS)存在顯著性差異，即使在針對第42天MRD進行調整后，藥物敏感性聚類仍具有預后意義（圖5a）。以類固醇和硫嘌呤敏感性為特征的聚類III和IV具有最佳的生存結局，這與快速MRD清除一致。相比之下，聚類I（主要由達沙替尼敏感性定義）在該隊列中的結局最差。事實上，該組中的3個不良生存事件均發生在具有達沙替尼敏感性的T細胞ALL病例中，而在BCR-ABL1 ALL中沒有發生。因此，作者在97名T細胞ALL患者的整個隊列中評估了達沙替尼敏感性的預后意義，這些患者均未接受達沙替尼治療，研究發現更高的達沙替尼敏感性 (LC50 < 0.25) 與較差的EFS相關（圖5b）。達沙替尼敏感性對T細胞ALL的預后影響大于MRD，并且在調整MRD后仍然顯著。
結束語
本文中研究團隊詳盡檢驗了不同基因組背景的白血病細胞，對各種藥物的應答表現，揭示了ALL與不同治療藥物敏感性的內在關系，全面描述了兒童ALL中分子亞型的藥物反應譜，并探索了基于藥型分析的ALL亞組及其對生存結果的影響。在本文中，作者確定了由白血病基因組學定義的23種分子亞型的患者的白血病細胞對18種化療藥物的敏感性。研究結果具有潛在的臨床相關性，為新型聯合療法的設計提供了新的見解，深入研究藥物敏感性背后的生物學機理，可以為新療法的開發鋪路，以進一步改善每個ALL患兒的預后。
參考文獻：
Lee, S.H.R., Yang, W., Gocho, Y. et al. Pharmacotypes across the genomic landscape of pediatric acute lymphoblastic leukemia and impact on treatment response. Nat Med 29, 170–179 (2023). https://doi.org/10.1038/s41591-022-02112-7
