史上最全|格局打开，药物也可以这样做基因组学，确定不来学学？

“这是迄今为止最全面的儿童急性淋巴白血病（ALL）药物基因组图谱，为今后ALL个性化的精准治疗提供了蓝图”，心动了吗？是不是瞬间觉得生物信息学竟然可以这么高端大气上档次！没错，小编看到这篇文献也激动地控制不住自己想要分享给各位小伙伴呢！这就是前不久刚发表在 Nature Medicine （2021年IF：87.24,2022年预测IF高达100.29）杂志上的重磅研究，题目为“Pharmacotypes across the genomic landscape of pediatric acute lymphoblastic leukemia and impact on treatment response”。

研究内容

1.临床特征与ALL药物敏感性的相关性

为了全面表征药物敏感性特征与体内治疗反应之间的关系，作者评估了来自不同St. Jude ALL临床试验中的805名患者的白血病细胞对18种药物的敏感性（图1和表1），共进行了5447次50%致死浓度(LC50，杀死50%白血病细胞所需的剂量)检测。同时，对诊断为ALL患者的细胞进行RNA测序 (RNA-seq)，将每位患者分类到23种独特亚型中的一种。在所有药物中，观察到药物敏感性存在广泛的个体差异，平均变异系数为55.3%。此外，每个患者都在诱导中期（第15天）或诱导后（第42天）进行MRD（minimal residual disease，微小残留病的程度，指在初始治疗后在显微水平的肿瘤细胞残余情况））检测，作为体内治疗对化疗反应的衡量标准，并对药物敏感性、体细胞基因组学、MRD和长期生存结果进行综合分析，以表征儿童ALL的药物基因组学景观。

表1 ：患者队列的临床特征

2.药物敏感性因ALL亚型而异

作者试图表征ALL体细胞基因组景观中的药物敏感性。结果发现，除帕比司他、ruxolitinib、硼替佐米和柔红霉素外，18种药物中的14种均表现出显著的亚型间变异性(P<0.05)（图2a）。

①预后较好的亚型ETV6-RUNX1和超二倍体ALL对缓解诱导(PVDL)中常用的四种药物高度敏感，ETV6-RUNX1的PVDL LC50为0.28，超二倍体为0.26，其余亚型均显著低于0.41；

②与ETV6-RUNX1相比，预后较差的亚型BCR-ABL1、BCR-ABL1样和KMT2A表现出更高的PVDL LC50，分别为0.46，0.66，0.54；

③DUX4是最近发现的具有良好结果的亚型，其PVDL LC50为0.33，L-天冬酰胺酶的LC50更高，为0.73；

④与非超二倍体相比，超二倍体对维奈托克的敏感性显著更高（图2b）；

⑤T细胞ALL、TCF3-PBX1和BCR-ABL1对达沙替尼具有高的敏感性，BCR-ABL1也对依鲁替尼敏感；

⑥NUTM1对几种抗代谢物的LC50较低：阿糖胞苷LC50为0.09，巯基嘌呤LC50为0.16和硫鸟嘌呤LC50为0；

⑦尽管具有几乎相同的全局基因表达谱特征，但ETV6-RUNX1样和ETV6-RUNX1 ALL在药物敏感性方面表现出显著性差异：ETV6-RUNX1样ALL对L-天冬酰胺酶更具耐药性、但对曲美替尼的敏感性增加；

⑧BCR-ABL1、BCR-ABL1样和CRLF2也基于全转录谱和体细胞基因组特征相互关联，这3种亚型对达沙替尼（LC50分别为0，1.0，0.89）、巯基嘌呤（LC50分别为（LC50分别为0.54，0.97， 比 0.48）和泼尼松龙（LC50分别为0.54，1.0，0.27）具有不同的敏感性，但对其他细胞毒性药物和靶向药物的反应相似；

⑨与其他T细胞ALL相比，早期T细胞前体（ETP）ALL对抗代谢物和非抗代谢物细胞毒性药物的耐药性更强，显示出更高的维奈托克敏感性趋势，但是统计学意义不显著。

综上所述，研究数据指出了ALL中新的亚型特异性治疗机会。为了探索多重测试的效果，作者还对这些亚型的相关性比较进行了Benjamini-Hochberg校正，结果显示大多数亚型的相关性仍然很显著。

a. 每种分子亚型的18种白血病药物的LC50值。低LC50值（即较高的药物敏感性）以蓝色显示，高LC50值（即较高的耐药性）以红色显示。带虚线的圆圈表示只有一个具有该亚型的病例针对该药物进行了测试。缺失/未测试的药物表示为空心圆圈。

b. 药物LC50分布显示在小提琴图中，比较所选亚型。

3.ALL离体药物敏感性与MRD的相关性

接下来，作者评估了药物LC50与体内反应的相关性。对每位患者，在第15天和第42天检测MRD。在这项研究中，作者评估了每种药物的线性回归系数（β），其中系数的每个单位变化代表MRD的单位变化（log₁₀-变换），即系数为 0.30（或log₁₀2） 表示耐药患者的 MRD 是敏感患者的两倍；系数为 −0.30（或log₁₀0.5） 耐药患者的 MRD 是敏感患者的一半。系数为零表示耐药患者和敏感患者之间的MRD没有差异。

与MRD显著相关的药物在B细胞ALL和T细胞ALL之间存在显著差异（图 3a、b）。在 B细胞ALL中，与第15天和第42天MRD呈正相关的药物包括L-天冬酰胺酶（β= 0.30/β= 0.23），泼尼松龙（β= 0.30/β= 0.25），地塞米松（β= 0.28/β= 0.17）和巯基嘌呤（β= 0.17/β= 0.17）。此外，硫鸟嘌呤（β= 0.18）和阿糖胞苷（β= 0.15）也与第15天MRD相关。对于T细胞ALL，帕比司他（β= 0.56）和达沙替尼（β= 0.42）与第15天MRD呈正相关，维奈托克（β= -0.50）与第15天MRD呈负相关。奈拉滨（β= 0.57）与第42天MRD呈正相关。

4.药物基因型定义不同的ALL亚型和预后

为了解决药物敏感性检测中的缺失值问题，作者使用序贯回归多重插补法 (n = 10) 来估算LC50值。将无监督层次聚类分析应用于8050×18个数据点的矩阵，观察到6个具有独特药物反应表型模式的ALL病例簇（图4）。聚类I定义为对达沙替尼和依鲁替尼有显著敏感性，主要由已知对达沙替尼敏感的亚型定义，即BCR-ABL1(27%) 和T细胞ALL(50%)；聚类II显示出对维奈托克和曲美替尼的敏感性，具有高比例的超二倍体(41%)；聚类III中的病例对L-天冬酰胺酶和泼尼松龙普遍敏感，ETV6-RUNX1比例最高(41%)，其次是超二倍体ALL(23%)，可能由化疗敏感的低风险ALL组成；聚类IV对泼尼松龙表现出相似的敏感性，但与聚类III不同，聚类IV具有高度异质性，包含19种不同的亚型，其中，DUX4(9%)和KMT2A(6%) 占优势；聚类V是最耐药的组，在所有细胞毒性药物（类固醇、L-天冬酰胺酶、长春新碱、柔红霉素和硫嘌呤）中具有最高的LC50。然而，该组也对曲美替尼、维奈托克和依鲁替尼等靶向药物表现出一定的敏感性，其中T细胞ALL (31.6%)、ETP-ALL(10.5%)和BCR-ABL1样 (5.3%)比例较高；聚类VI具有更异质的药物敏感性特征，对糖皮质激素具有一致的耐药性，但对其他细胞毒性药物或靶向药物的反应不一。该聚类由不同的亚型组成，KMT2A(6.5%)和BCR-ABL1样(4.3%)比例较高，并且TCF3-HLF仅出现在该聚类中，均与不良预后有关。总而言之，每个基于药物敏感性的簇代表的体细胞基因组学存在高度异质性。

药物敏感性不同亚型聚类的MRD存在显著性差异。与聚类IV、V和VI相比(第15天MRD阴性的比例分别为28%、21%和22%)，尽管聚类I也有相当大比例的耐药患者(33%，MRD第15天≥5%)，聚类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阴性的比例分别为43%、39%和46%)。在第42天，聚类I，II和III继续显示出较高的MRD阴性（分别为86%，82%和93%）。IV 类患者在第 15 天具有较高的 MRD 阳性，但在随后的诱导治疗后有所改善，在第 42 天 MRD 清除率大大提高（MRD 阴性比例 = 85%），这是之前报道的DUX4亚型的特征性反应。相比之下，聚类V和VI表现出持续的不良反应，第42天MRD阳性的病例比例更高。

最后，作者评估了药物敏感性聚类模式与ALL治疗结局的相关性，重点关注长期生存数据成熟的全治疗XV和XVI试验。6个药物敏感性聚类的无事件生存期(EFS)存在显著性差异，即使在针对第42天MRD进行调整后，药物敏感性聚类仍具有预后意义（图5a）。以类固醇和硫嘌呤敏感性为特征的聚类III和IV具有最佳的生存结局，这与快速MRD清除一致。相比之下，聚类I（主要由达沙替尼敏感性定义）在该队列中的结局最差。事实上，该组中的3个不良生存事件均发生在具有达沙替尼敏感性的T细胞ALL病例中，而在BCR-ABL1 ALL中没有发生。因此，作者在97名T细胞ALL患者的整个队列中评估了达沙替尼敏感性的预后意义，这些患者均未接受达沙替尼治疗，研究发现更高的达沙替尼敏感性 (LC50 < 0.25) 与较差的EFS相关（图5b）。达沙替尼敏感性对T细胞ALL的预后影响大于MRD，并且在调整MRD后仍然显著。

结束语

本文中研究团队详尽检验了不同基因组背景的白血病细胞，对各种药物的应答表现，揭示了ALL与不同治疗药物敏感性的内在关系，全面描述了儿童ALL中分子亚型的药物反应谱，并探索了基于药型分析的ALL亚组及其对生存结果的影响。在本文中，作者确定了由白血病基因组学定义的23种分子亚型的患者的白血病细胞对18种化疗药物的敏感性。研究结果具有潜在的临床相关性，为新型联合疗法的设计提供了新的见解，深入研究药物敏感性背后的生物学机理，可以为新疗法的开发铺路，以进一步改善每个ALL患儿的预后。

参考文献：

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