经典临床耐药性问题解决方案，带你发7+
很多临床医生做科研的时候都会问生物信息怎么结合临床，怎么进行科研成果转化，有什么样的意义。那么今天分享的思路是一个生动的例子，文章主要做的是开发可以预测胰腺癌吉西他滨耐药性的signature，以便提前预知对吉西他滨耐药的患者方便做个性化治疗。
单细胞通讯研究耐药新思路
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胰腺导管腺癌（PDAC）是预后极差的癌种，5年生存率仅为10%，根治性手术切除可提升至20%，但发现时大多数患者已至晚期无法手术。吉西他滨在晚期胰腺癌的临床获益率可达到23.8%，吉西他滨单一疗法或者联合其它药物化疗是PDAC的标准治疗手段。但是患者不良预后的主要原因是最终出现的耐药性。
单个PDAC驱动基因并不能预测患者对吉西他滨的敏感或者耐药性。基因组和表观遗传特征共同调控基因表达，捕捉基因组或表观遗传事件引起的基因表达特征可能可以更有效的预测吉西他滨对患者的治疗反应。
研究开发了一种基于基因相对表达排序（REO）的signature（ 28-GPS）来预测吉西他滨对PDAC治疗反应，28-GPS分类准确性和预后表现都优于以前的signature，28-GPS分类的耐药性样本表现出更差的生存率、更高的基因组不稳定性、更低的免疫细胞浸润程度。单细胞分析同一患者中的不同癌细胞表现出对吉西他滨的敏感性和耐药性特征，TGFb信号通路的激活可以促进PDAC的进展。28-GPS可以稳健地确定PDAC患者对吉西他滨耐药或敏感，可能作为辅助工具用于临床治疗。
系统性探索胰腺导管癌吉西他滨潜在耐药机制
（Molecular Oncology；Q2；IF：7.449）
研究思路流程图：
研究涉及数据：
研究结果：
1、胰腺导管癌基于REO算法的吉西他滨signature构建以及预测效能分析
基于TCGA队列和REO方法筛选吉西他滨敏感和耐药组差异基因和基因对；
结合ICGC两个队列筛选共同的28预后基因对作为吉西他滨signature（28-GPS），单样本G i>G j，则评分为1，将28-GPS中所有基因对的得分相加为吉西他滨耐药性得分；
基于TCGA训练集ROC分类阈值预测划分的耐药和敏感组有显著的预后差异（图A-D）；
独立验证集也表现出28-GPS与训练集同样的预测效能（图E-L）。
2、28-GPS可预测PDAC细胞系对吉西他滨反应并且28-GPS预测性能优于其它signature
CCLE中PDAC细胞系基于28-GPS划分的耐药和敏感组（图A）；
GDSC中吉西他滨处理的PDAC细胞系基于28-GPS划分的耐药比敏感组有更高的AUC值（低浓度药物发挥肿瘤细胞抑制效应，对应低AUC值；相反则对应高AUC值），GDSC2和CGP数据中有同样结果（图B）；
耐药细胞系中一组药物药理值显著低于敏感组，可能是潜在的PDAC吉西他滨联合用药（图C）；
作者还对比了28-GPS与其它吉西他滨signature的分类生存差异，发现28-GPS有最佳的预后分类性能（图D）。
3、28-GPS分类的吉西他滨耐药样本表现出高度的基因组不稳定性
TCGA数据集中28-GPS分类的耐药组PDAC驱动基因（KRAS、TP53、CDKN2A）相对于敏感组有显著更高的突变频率（P<0.05）（图A）；
与敏感组相比吉西他滨耐药组有更高的TMB、HRDscore（图BC）；
不同KRAS体细胞突变类型的胰腺癌患者有显著不同的28-GPS评分，其中p.G12D 突变患者吉西他滨耐药性评分最高（图D）；
作者还分析了28-GPS分类的耐药和敏感差异的甲基化层面特征，并做了功能富集发现富集到了免疫、代谢等通路（图E-I）。
4、28-GPS分类的吉西他滨耐药样本显示了更低的免疫浸润
作者基于5种免疫细胞浸润评估算法估算了TCGA队列耐药组和敏感组的TME水平
对比敏感组，耐药组有一致的CD8+ T cell的低免疫浸润水平（图A）；
对比敏感组，耐药组显示出更低的免疫相关性特征评分和更低的TCR丰度（图B）；
不同组间差异免疫检查点表达差异热图展示（图D）,以及差异免疫检查点与组间DEG相关性网络构建（图E）；结合细胞系分析发现网络关键节点TNFSF14高表达组对吉西他滨更敏感（图E）。
5、28-GPS分类的吉西他滨耐药样本有高置信的DNA损伤修复
作者基于吉西他滨机制是干扰DNA合成且代谢也影响药物反应的原因，所以尝试从DNA损伤修复（DDR）和代谢层面探索吉西他滨耐药机制：
DDR和代谢通路富集得分在耐药性组中显著高于敏感组（图A）；
耐药组和敏感组DDR、代谢、免疫相关通路相关性分析（图BC）；敏感组展示出不同通路之间频繁的关联，作为一种耐受性DNA损伤修复过程跨病灶合成（TLS）与敏感组的免疫相关通路存在多重正相关，在耐药组中并未出现。
6、单细胞分析解释肿瘤内和肿瘤间的异质性
鉴于吉西他滨在耐药和敏感PDAC患者之间的免疫差异，作者从单细胞的水平上分析细胞组成异质性对吉西他滨耐药性的影响：
微环境细胞landscape：亚群注释及样本细胞比例展示（图AB）；
28-GPS signature包含基因在不同亚群中的表达异质性展示（图C）；
基于28-GPS对单细胞进行打分，同一样本中导管细胞同时表现出对吉西他滨的敏感和耐药特征这与之前的报道一致（图DE）。
7、耐药组细胞通讯可促进PDAC进展
除内在细胞信息外，细胞间通讯对吉西他滨耐药性也可能产生影响，因此作者从细胞通讯的角度分析了吉西他滨耐药性机制：
耐药组导管细胞与成纤维细胞亚群存在频繁的交流，而敏感组中导管细胞则是与巨噬细胞交流密切（图A）；
通过分析信号通路互作强度发现，WNT和TGF-β在耐药组中异常活跃（图B）；
TGFβ信号通路特异性配体TGFB3和TGFB1及多亚基受体ACVR1B / TGFBR2在成纤维细胞、星状细胞到导管细胞的耐药组中均有活性。配体ANGPTL4和多种受体：SDC2、SDC1和CDH11，在从导管细胞到成纤维细胞的抗性组中具有活性（图CD）。
总结：
文章整合了吉西他滨治疗队列（转录+突变）、细胞系、单细胞开发了基于基因相对表达排序（REO）的胰腺癌吉西他滨耐药性signature（ 28-GPS）。通过独立数据集的验证，发现28-GPS可以稳健地确定PDAC患者对吉西他滨耐药或敏感性，或可作为辅助工具用于临床治疗。
那么其它癌型是否也存在同样的耐药性问题、免疫治疗是否也可以参考思路，那是肯定的。文章立意、设计紧贴临床，是不多见的生信结合临床的创新思路。有想法的小伙伴值得借鉴。
单细胞通讯研究耐药新思路
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