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很多臨床醫(yī)生做科研的時候都會問生物信息怎么結(jié)合臨床，怎么進行科研成果轉(zhuǎn)化，有什么樣的意義。那么今天分享的思路是一個生動的例子，文章主要做的是開發(fā)可以預(yù)測胰腺癌吉西他濱耐藥性的signature，以便提前預(yù)知對吉西他濱耐藥的患者方便做個性化治療。
胰腺導(dǎo)管腺癌（PDAC）是預(yù)后極差的癌種，5年生存率僅為10%，根治性手術(shù)切除可提升至20%，但發(fā)現(xiàn)時大多數(shù)患者已至晚期無法手術(shù)。吉西他濱在晚期胰腺癌的臨床獲益率可達到23.8%，吉西他濱單一療法或者聯(lián)合其它藥物化療是PDAC的標準治療手段。但是患者不良預(yù)后的主要原因是最終出現(xiàn)的耐藥性。
單個PDAC驅(qū)動基因并不能預(yù)測患者對吉西他濱的敏感或者耐藥性。基因組和表觀遺傳特征共同調(diào)控基因表達，捕捉基因組或表觀遺傳事件引起的基因表達特征可能可以更有效的預(yù)測吉西他濱對患者的治療反應(yīng)。
研究開發(fā)了一種基于基因相對表達排序（REO）的signature（ 28-GPS）來預(yù)測吉西他濱對PDAC治療反應(yīng)，28-GPS分類準確性和預(yù)后表現(xiàn)都優(yōu)于以前的signature，28-GPS分類的耐藥性樣本表現(xiàn)出更差的生存率、更高的基因組不穩(wěn)定性、更低的免疫細胞浸潤程度。單細胞分析同一患者中的不同癌細胞表現(xiàn)出對吉西他濱的敏感性和耐藥性特征，TGFb信號通路的激活可以促進PDAC的進展。28-GPS可以穩(wěn)健地確定PDAC患者對吉西他濱耐藥或敏感，可能作為輔助工具用于臨床治療。
（Molecular Oncology；Q2；IF：7.449）
研究思路流程圖：
研究涉及數(shù)據(jù)：
研究結(jié)果：
胰腺導(dǎo)管癌基于REO算法的吉西他濱signature構(gòu)建以及預(yù)測效能分析
基于TCGA隊列和REO方法篩選吉西他濱敏感和耐藥組差異基因和基因?qū)Γ?/p>
結(jié)合ICGC兩個隊列篩選共同的28預(yù)后基因?qū)ψ鳛榧魉麨Isignature（28-GPS），單樣本G i>G j，則評分為1，將28-GPS中所有基因?qū)Φ牡梅窒嗉訛榧魉麨I耐藥性得分；
基于TCGA訓(xùn)練集ROC分類閾值預(yù)測劃分的耐藥和敏感組有顯著的預(yù)后差異（圖A-D）；
獨立驗證集也表現(xiàn)出28-GPS與訓(xùn)練集同樣的預(yù)測效能（圖E-L）。
28-GPS可預(yù)測PDAC細胞系對吉西他濱反應(yīng)并且28-GPS預(yù)測性能優(yōu)于其它signature
CCLE中PDAC細胞系基于28-GPS劃分的耐藥和敏感組（圖A）；
GDSC中吉西他濱處理的PDAC細胞系基于28-GPS劃分的耐藥比敏感組有更高的AUC值（低濃度藥物發(fā)揮腫瘤細胞抑制效應(yīng)，對應(yīng)低AUC值；相反則對應(yīng)高AUC值），GDSC2和CGP數(shù)據(jù)中有同樣結(jié)果（圖B）；
耐藥細胞系中一組藥物藥理值顯著低于敏感組，可能是潛在的PDAC吉西他濱聯(lián)合用藥（圖C）；
作者還對比了28-GPS與其它吉西他濱signature的分類生存差異，發(fā)現(xiàn)28-GPS有最佳的預(yù)后分類性能（圖D）。
28-GPS分類的吉西他濱耐藥樣本表現(xiàn)出高度的基因組不穩(wěn)定性
TCGA數(shù)據(jù)集中28-GPS分類的耐藥組PDAC驅(qū)動基因（KRAS、TP53、CDKN2A）相對于敏感組有顯著更高的突變頻率（P<0.05）（圖A）；
與敏感組相比吉西他濱耐藥組有更高的TMB、HRDscore（圖BC）；
不同KRAS體細胞突變類型的胰腺癌患者有顯著不同的28-GPS評分，其中p.G12D 突變患者吉西他濱耐藥性評分最高（圖D）；
作者還分析了28-GPS分類的耐藥和敏感差異的甲基化層面特征，并做了功能富集發(fā)現(xiàn)富集到了免疫、代謝等通路（圖E-I）。
28-GPS分類的吉西他濱耐藥樣本顯示了更低的免疫浸潤
作者基于5種免疫細胞浸潤評估算法估算了TCGA隊列耐藥組和敏感組的TME水平
對比敏感組，耐藥組有一致的CD8+ T cell的低免疫浸潤水平（圖A）；
對比敏感組，耐藥組顯示出更低的免疫相關(guān)性特征評分和更低的TCR豐度（圖B）；
不同組間差異免疫檢查點表達差異熱圖展示（圖D）,以及差異免疫檢查點與組間DEG相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建（圖E）；結(jié)合細胞系分析發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點TNFSF14高表達組對吉西他濱更敏感（圖E）。
28-GPS分類的吉西他濱耐藥樣本有高高置信的DNA損傷修復(fù)
作者基于吉西他濱機制是干擾DNA合成且代謝也影響藥物反應(yīng)的原因，所以嘗試從DNA損傷修復(fù)（DDR）和代謝層面探索吉西他濱耐藥機制：
DDR和代謝通路富集得分在耐藥性組中顯著高于敏感組（圖A）；
耐藥組和敏感組DDR、代謝、免疫相關(guān)通路相關(guān)性分析（圖BC）；敏感組展示出不同通路之間頻繁的關(guān)聯(lián)，作為一種耐受性DNA損傷修復(fù)過程跨病灶合成（TLS）與敏感組的免疫相關(guān)通路存在多重正相關(guān)，在耐藥組中并未出現(xiàn)。
單細胞分析解釋腫瘤內(nèi)和腫瘤間的異質(zhì)性
鑒于吉西他濱在耐藥和敏感PDAC患者之間的免疫差異，作者從單細胞的水平上分析細胞組成異質(zhì)性對吉西他濱耐藥性的影響：
微環(huán)境細胞landscape：亞群注釋及樣本細胞比例展示（圖AB）；
GPS signature包含基因在不同亞群中的表達異質(zhì)性展示（圖C）；
基于28-GPS對單細胞進行打分，同一樣本中導(dǎo)管細胞同時表現(xiàn)出對吉西他濱的敏感和耐藥特征這與之前的報道一致（圖DE）。
耐藥組細胞通訊可促進PDAC進展
除內(nèi)在細胞信息外，細胞間通訊對吉西他濱耐藥性也可能產(chǎn)生影響，因此作者從細胞通訊的角度分析了吉西他濱耐藥性機制：
耐藥組導(dǎo)管細胞與成纖維細胞亞群存在頻繁的交流，而敏感組中導(dǎo)管細胞則是與巨噬細胞交流密切（圖A）；
通過分析信號通路互作強度發(fā)現(xiàn)，WNT和TGF-β在耐藥組中異常活躍（圖B）；
TGFβ信號通路特異性配體TGFB3和TGFB1及多亞基受體ACVR1B / TGFBR2在成纖維細胞、星狀細胞到導(dǎo)管細胞的耐藥組中均有活性。配體ANGPTL4和多種受體：SDC2、SDC1和CDH11，在從導(dǎo)管細胞到成纖維細胞的抗性組中具有活性（圖CD）。
總結(jié)：
文章整合了吉西他濱治療隊列（轉(zhuǎn)錄+突變）、細胞系、單細胞開發(fā)了基于基因相對表達排序（REO）的胰腺癌吉西他濱耐藥性signature（ 28-GPS）。通過獨立數(shù)據(jù)集的驗證，發(fā)現(xiàn)28-GPS可以穩(wěn)健地確定PDAC患者對吉西他濱耐藥或敏感性，或可作為輔助工具用于臨床治療。
那么其它癌型是否也存在同樣的耐藥性問題、免疫治療是否也可以參考思路，那是肯定的。文章立意、設(shè)計緊貼臨床，是不多見的生信結(jié)合臨床的創(chuàng)新思路。有想法的小伙伴值得借鑒。
