PharmITH的机制解码:泛癌种药效学异质性调控框架
Mechanistic Decoding of Pharmacodynamic Intratumoral Heterogeneity: A Pan-Cancer Regulatory Framework
研究团队将24种癌症共1279个样本的单细胞转录组与1218种化合物的药物响应谱整合分析,定义并解码了"药效学肿瘤内异质性"(PharmITH),识别出425个与治疗响应异质性相关的关键枢纽基因。
肿瘤内异质性(ITH)长期被视为治疗失败的重要推手。高复杂度条形码示踪显示,多数耐药克隆源自治疗前即已存在的小亚群,在药物压力下被选择性富集[1];胶质母细胞瘤的克隆文库则表明,克隆间药物与放疗敏感性呈连续谱式差异,并与前神经-间充质状态偏移相关[2];骨髓增生异常综合征的克隆架构还会随治疗应答与失败而动态重塑[3]。单细胞技术使人们在转录层面刻画ITH并预测药物反应成为可能,例如DREEP可从单细胞表达谱估计药物敏感性[4],急性髓系白血病的单细胞多组学也解析出亚克隆特异的药物反应谱[5]。然而异质性目录越积越长,究竟是哪些分子程序决定了共存亚克隆间迥异的药物反应,始终悬而未决。
这项研究将该问题命名为“药效学肿瘤内异质性”(PharmITH),把24种癌型、1,279例样本的单细胞转录组与1,218种化合物的药物反应谱对接,识别出425个与预测治疗反应异质性一致相关、具潜在治疗价值的核心基因。在肺腺癌案例中,作者整合转录调控、体细胞突变、细胞间通讯与可变剪接开展多组学网络分析,得到四类候选调控关联:3个建立预先存在药物反应程序的转录因子、41个经由中间网络放大通路信号的基因组改变、5个把微环境信号耦联到胞内回路的配体-受体对,以及8个经差异剪接产生功能相反异构体的基因。这些关联汇聚于6条核心通路,提示PharmITH主要源于肿瘤内在机制。研究还完成了实验验证,并搭建了在线平台PharmITH,支持泛癌的药物反应状态解析与候选基因探索。
相比已有认识,这项工作把追问从“哪些细胞耐药”推进到“什么让它们耐药”:耐药克隆的预先存在性曾靠示踪技术间接推断[1],耐药状态与转录程序的联系靠克隆表型描述[2],单细胞工具则长于预测而非解释[4,5]。本研究将转录调控、突变、微环境通讯与剪接纳入同一框架,如作者所言,使ITH从描述性表型走向机制解剖。其中配体-受体对把微环境信号与胞内回路相连,与基质细胞介导治疗抵抗的既往认识相呼应[6];剪接异构体的发现也让RNA剪接基因改变参与疾病的观察[3]在药效异质性语境下获得新的注脚,不过两者分属不同癌种与层面,机制是否相通仍待检验。
局限同样明显:多组学机制解析目前以肺腺癌为案例,四类调控关联与6条核心通路能否泛化到其余癌型尚属未知;核心基因的治疗相关性建立在预测的反应异质性之上,要在临床上成为可操作的干预靶点,还需要患者层面的因果验证。
- 1.Studying clonal dynamics in response to cancer therapy using high-complexity barcoding · Nat Med 2015
- 2.Clonal Variation in Drug and Radiation Response among Glioma-Initiating Cells Is Linked to Proneural-Mesenchymal Transition · Cell Rep 2016
- 3.Mutational hierarchies in myelodysplastic syndromes dynamically adapt and evolve upon therapy response and failure · Blood 2016
- 4.Predicting drug response from single-cell expression profiles of tumours · BMC Med 2023
- 5.Single-cell multiomics analysis reveals dynamic clonal evolution and targetable phenotypes in acute myeloid leukemia with complex karyotype · Nat Genet 2024
- 6.Integration of Pan-Cancer Single-Cell and Spatial Transcriptomics Reveals Stromal Cell Features and Therapeutic Targets in Tumor Microenvironment · Cancer Res 2024
来源:bioRxiv Cancer Biology · biorxiv.org