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很多臨床醫(yī)生做科研的時(shí)候都會(huì)問生物信息怎么結(jié)合臨床，怎么進(jìn)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(gè)生動(dòng)的例子，文章主要做的是開發(fā)可以預(yù)測(cè)胰腺癌吉西他濱耐藥性的signature，以便提前預(yù)知對(duì)吉西他濱耐藥的患者方便做個(gè)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(shí)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(dá)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(biāo)準(zhǔn)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(gè)PDAC驅(qū)動(dòng)基因并不能預(yù)測(cè)患者對(duì)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(dá)，捕捉基因組或表觀遺傳事件引起的基因表達(dá)特征可能可以更有效的預(yù)測(cè)吉西他濱對(duì)患者的治療反應(yīng)。
研究開發(fā)了一種基于基因相對(duì)表達(dá)排序（REO）的signature（ 28-GPS）來預(yù)測(cè)吉西他濱對(duì)PDAC治療反應(yīng)，28-GPS分類準(zhǔn)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(xì)胞浸潤(rùn)程度。單細(xì)胞分析同一患者中的不同癌細(xì)胞表現(xiàn)出對(duì)吉西他濱的敏感性和耐藥性特征，TGFb信號(hào)通路的激活可以促進(jìn)PDAC的進(jìn)展。28-GPS可以穩(wěn)健地確定PDAC患者對(duì)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(cè)效能分析
基于TCGA隊(duì)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(gè)隊(duì)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(píng)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(cè)劃分的耐藥和敏感組有顯著的預(yù)后差異（圖A-D）；
獨(dú)立驗(yàn)證集也表現(xiàn)出28-GPS與訓(xùn)練集同樣的預(yù)測(cè)效能（圖E-L）。
28-GPS可預(yù)測(cè)PDAC細(xì)胞系對(duì)吉西他濱反應(yīng)并且28-GPS預(yù)測(cè)性能優(yōu)于其它signature
CCLE中PDAC細(xì)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(xì)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(xì)胞抑制效應(yīng)，對(duì)應(yīng)低AUC值；相反則對(duì)應(yīng)高AUC值），GDSC2和CGP數(shù)據(jù)中有同樣結(jié)果（圖B）；
耐藥細(xì)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(duì)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(dòng)基因（KRAS、TP53、CDKN2A）相對(duì)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(xì)胞突變類型的胰腺癌患者有顯著不同的28-GPS評(píng)分，其中p.G12D 突變患者吉西他濱耐藥性評(píng)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(rùn)
作者基于5種免疫細(xì)胞浸潤(rùn)評(píng)估算法估算了TCGA隊(duì)列耐藥組和敏感組的TME水平
對(duì)比敏感組，耐藥組有一致的CD8+ T cell的低免疫浸潤(rùn)水平（圖A）；
對(duì)比敏感組，耐藥組顯示出更低的免疫相關(guān)性特征評(píng)分和更低的TCR豐度（圖B）；
不同組間差異免疫檢查點(diǎn)表達(dá)差異熱圖展示（圖D）,以及差異免疫檢查點(diǎn)與組間DEG相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建（圖E）；結(jié)合細(xì)胞系分析發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)TNFSF14高表達(dá)組對(duì)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(jī)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(jī)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(xì)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(xì)胞的水平上分析細(xì)胞組成異質(zhì)性對(duì)吉西他濱耐藥性的影響：
微環(huán)境細(xì)胞landscape：亞群注釋及樣本細(xì)胞比例展示（圖AB）；
GPS signature包含基因在不同亞群中的表達(dá)異質(zhì)性展示（圖C）；
基于28-GPS對(duì)單細(xì)胞進(jìn)行打分，同一樣本中導(dǎo)管細(xì)胞同時(shí)表現(xiàn)出對(duì)吉西他濱的敏感和耐藥特征這與之前的報(bào)道一致（圖DE）。
耐藥組細(xì)胞通訊可促進(jìn)PDAC進(jìn)展
除內(nèi)在細(xì)胞信息外，細(xì)胞間通訊對(duì)吉西他濱耐藥性也可能產(chǎn)生影響，因此作者從細(xì)胞通訊的角度分析了吉西他濱耐藥性機(jī)制：
耐藥組導(dǎo)管細(xì)胞與成纖維細(xì)胞亞群存在頻繁的交流，而敏感組中導(dǎo)管細(xì)胞則是與巨噬細(xì)胞交流密切（圖A）；
通過分析信號(hào)通路互作強(qiáng)度發(fā)現(xiàn)，WNT和TGF-β在耐藥組中異常活躍（圖B）；
TGFβ信號(hào)通路特異性配體TGFB3和TGFB1及多亞基受體ACVR1B / TGFBR2在成纖維細(xì)胞、星狀細(xì)胞到導(dǎo)管細(xì)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(xì)胞到成纖維細(xì)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(duì)列（轉(zhuǎn)錄+突變）、細(xì)胞系、單細(xì)胞開發(fā)了基于基因相對(duì)表達(dá)排序（REO）的胰腺癌吉西他濱耐藥性signature（ 28-GPS）。通過獨(dú)立數(shù)據(jù)集的驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)28-GPS可以穩(wěn)健地確定PDAC患者對(duì)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(jì)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。
