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史上最全|格局打開，藥物也可以這樣做基因組學(xué)，確定不來學(xué)學(xué)？
“這是迄今為止最全面的兒童急性淋巴白血?。ˋLL）藥物基因組圖譜，為今后ALL個(gè)性化的精準(zhǔn)治療提供了藍(lán)圖”，心動(dòng)了嗎？是不是瞬間覺得生物信息學(xué)竟然可以這么高端大氣上檔次！沒錯(cuò)，小編看到這篇文獻(xiàn)也激動(dòng)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(fā)表在 Nature Medicine （2021年IF：87.24,2022年預(yù)測IF高達(dá)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(nèi)容
1.臨床特征與ALL藥物敏感性的相關(guān)性
為了全面表征藥物敏感性特征與體內(nèi)治療反應(yīng)之間的關(guān)系，作者評(píng)估了來自不同St. Jude ALL臨床試驗(yàn)中的805名患者的白血病細(xì)胞對18種藥物的敏感性（圖1和表1），共進(jìn)行了5447次50%致死濃度(LC50，殺死50%白血病細(xì)胞所需的劑量)檢測。同時(shí)，對診斷為ALL患者的細(xì)胞進(jìn)行RNA測序 (RNA-seq)，將每位患者分類到23種獨(dú)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(gè)體差異，平均變異系數(shù)為55.3%。此外，每個(gè)患者都在誘導(dǎo)中期（第15天）或誘導(dǎo)后（第42天）進(jìn)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(xì)胞殘余情況））檢測，作為體內(nèi)治療對化療反應(yīng)的衡量標(biāo)準(zhǔn)，并對藥物敏感性、體細(xì)胞基因組學(xué)、MRD和長期生存結(jié)果進(jìn)行綜合分析，以表征兒童ALL的藥物基因組學(xué)景觀。
表1 ：患者隊(duì)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(xì)胞基因組景觀中的藥物敏感性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)出顯著的亞型間變異性(P<0.05)（圖2a）。
①預(yù)后較好的亞型ETV6-RUNX1和超二倍體ALL對緩解誘導(dǎo)(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(yù)后較差的亞型BCR-ABL1、BCR-ABL1樣和KMT2A表現(xiàn)出更高的PVDL LC50，分別為0.46，0.66，0.54；
③DUX4是最近發(fā)現(xiàn)的具有良好結(jié)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(xì)胞ALL、TCF3-PBX1和BCR-ABL1對達(dá)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(dá)譜特征，但ETV6-RUNX1樣和ETV6-RUNX1 ALL在藥物敏感性方面表現(xiàn)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(zhuǎn)錄譜和體細(xì)胞基因組特征相互關(guān)聯(lián)，這3種亞型對達(dá)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(xì)胞毒性藥物和靶向藥物的反應(yīng)相似；
⑨與其他T細(xì)胞ALL相比，早期T細(xì)胞前體（ETP）ALL對抗代謝物和非抗代謝物細(xì)胞毒性藥物的耐藥性更強(qiáng)，顯示出更高的維奈托克敏感性趨勢，但是統(tǒng)計(jì)學(xué)意義不顯著。
綜上所述，研究數(shù)據(jù)指出了ALL中新的亞型特異性治療機(jī)會(huì)。為了探索多重測試的效果，作者還對這些亞型的相關(guān)性比較進(jìn)行了Benjamini-Hochberg校正，結(jié)果顯示大多數(shù)亞型的相關(guān)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(lán)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(gè)具有該亞型的病例針對該藥物進(jìn)行了測試。缺失/未測試的藥物表示為空心圓圈。
b. 藥物L(fēng)C50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(guān)性
接下來，作者評(píng)估了藥物L(fēng)C50與體內(nèi)反應(yīng)的相關(guān)性。對每位患者，在第15天和第42天檢測MRD。在這項(xiàng)研究中，作者評(píng)估了每種藥物的線性回歸系數(shù)（β），其中系數(shù)的每個(gè)單位變化代表MRD的單位變化（log10-變換），即系數(shù)為 0.30（或log102） 表示耐藥患者的 MRD 是敏感患者的兩倍；系數(shù)為 ?0.30（或log100.5） 耐藥患者的 MRD 是敏感患者的一半。系數(shù)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(guān)的藥物在B細(xì)胞ALL和T細(xì)胞ALL之間存在顯著差異（圖 3a、b）。在 B細(xì)胞ALL中，與第15天和第42天MRD呈正相關(guān)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(guān)。對于T細(xì)胞ALL，帕比司他（β= 0.56）和達(dá)沙替尼（β= 0.42）與第15天MRD呈正相關(guān)，維奈托克（β= -0.50）與第15天MRD呈負(fù)相關(guān)。奈拉濱（β= 0.57）與第42天MRD呈正相關(guān)。
4.藥物基因型定義不同的ALL亞型和預(yù)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(bǔ)法 (n = 10) 來估算LC50值。將無監(jiān)督層次聚類分析應(yīng)用于8050×18個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的矩陣，觀察到6個(gè)具有獨(dú)特藥物反應(yīng)表型模式的ALL病例簇（圖4）。聚類I定義為對達(dá)沙替尼和依魯替尼有顯著敏感性，主要由已知對達(dá)沙替尼敏感的亞型定義，即BCR-ABL1(27%) 和T細(xì)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(fēng)險(xiǎn)ALL組成；聚類IV對潑尼松龍表現(xiàn)出相似的敏感性，但與聚類III不同，聚類IV具有高度異質(zhì)性，包含19種不同的亞型，其中，DUX4(9%)和KMT2A(6%) 占優(yōu)勢；聚類V是最耐藥的組，在所有細(xì)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(xiàn)出一定的敏感性，其中T細(xì)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(zhì)的藥物敏感性特征，對糖皮質(zhì)激素具有一致的耐藥性，但對其他細(xì)胞毒性藥物或靶向藥物的反應(yīng)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(xiàn)在該聚類中，均與不良預(yù)后有關(guān)。總而言之，每個(gè)基于藥物敏感性的簇代表的體細(xì)胞基因組學(xué)存在高度異質(zhì)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(dāng)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(xù)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(dǎo)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(bào)道的DUX4亞型的特征性反應(yīng)。相比之下，聚類V和VI表現(xiàn)出持續(xù)的不良反應(yīng)，第42天MRD陽性的病例比例更高。
最后，作者評(píng)估了藥物敏感性聚類模式與ALL治療結(jié)局的相關(guān)性，重點(diǎn)關(guān)注長期生存數(shù)據(jù)成熟的全治療XV和XVI試驗(yàn)。6個(gè)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(jìn)行調(diào)整后，藥物敏感性聚類仍具有預(yù)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(jié)局，這與快速M(fèi)RD清除一致。相比之下，聚類I（主要由達(dá)沙替尼敏感性定義）在該隊(duì)列中的結(jié)局最差。事實(shí)上，該組中的3個(gè)不良生存事件均發(fā)生在具有達(dá)沙替尼敏感性的T細(xì)胞ALL病例中，而在BCR-ABL1 ALL中沒有發(fā)生。因此，作者在97名T細(xì)胞ALL患者的整個(gè)隊(duì)列中評(píng)估了達(dá)沙替尼敏感性的預(yù)后意義，這些患者均未接受達(dá)沙替尼治療，研究發(fā)現(xiàn)更高的達(dá)沙替尼敏感性 (LC50 < 0.25) 與較差的EFS相關(guān)（圖5b）。達(dá)沙替尼敏感性對T細(xì)胞ALL的預(yù)后影響大于MRD，并且在調(diào)整MRD后仍然顯著。
結(jié)束語
本文中研究團(tuán)隊(duì)詳盡檢驗(yàn)了不同基因組背景的白血病細(xì)胞，對各種藥物的應(yīng)答表現(xiàn)，揭示了ALL與不同治療藥物敏感性的內(nèi)在關(guān)系，全面描述了兒童ALL中分子亞型的藥物反應(yīng)譜，并探索了基于藥型分析的ALL亞組及其對生存結(jié)果的影響。在本文中，作者確定了由白血病基因組學(xué)定義的23種分子亞型的患者的白血病細(xì)胞對18種化療藥物的敏感性。研究結(jié)果具有潛在的臨床相關(guān)性，為新型聯(lián)合療法的設(shè)計(jì)提供了新的見解，深入研究藥物敏感性背后的生物學(xué)機(jī)理，可以為新療法的開發(fā)鋪路，以進(jìn)一步改善每個(gè)ALL患兒的預(yù)后。
參考文獻(xiàn)：
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
