PD-1是T細(xì)胞上的一種著名免疫檢查點(diǎn)蛋白，當(dāng)其與腫瘤細(xì)胞上的PD-L1結(jié)合時(shí)，可促進(jìn)腫瘤免疫逃逸。雖然PD-1/PD-L1阻斷療法已用于多種實(shí)體瘤，如非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）和黑色素瘤，但僅有部分患者表現(xiàn)出臨床獲益。藥物抵抗仍然是PD-1/PD-L1阻斷療法的一個(gè)重大挑戰(zhàn)，因此確定病人精準(zhǔn)治療分層的分子標(biāo)志物、揭示藥物抵抗背后的分子機(jī)制、進(jìn)而確定能夠克服藥物抵抗的癌癥聯(lián)合用藥變得至關(guān)重要。
善用CTR-DB（http://ctrdb.cloudna.cn/）數(shù)據(jù)庫，就能輕松搞定上述問題。
CTR-DB是國家蛋白質(zhì)科學(xué)中心（北京）發(fā)展的病人來源的具有癌癥治療響應(yīng)信息的臨床轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫，文章發(fā)表在2022年的Nucleic Acids Res期刊上。數(shù)據(jù)庫收集了626個(gè)具有用藥響應(yīng)（以及不響應(yīng)）信息的治療前臨床轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集，涉及275種癌癥治療方案、28種癌癥組織類型。這些數(shù)據(jù)以及豐富的數(shù)據(jù)分析功能助力藥物抵抗機(jī)制及其異質(zhì)性探索、聯(lián)合用藥發(fā)現(xiàn)，特別是標(biāo)志物驗(yàn)證功能支持基于病人臨床轉(zhuǎn)錄組的癌癥藥物響應(yīng)標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證。
利用CTR-DB單數(shù)據(jù)集分析功能揭示抵抗機(jī)制
為了探索PD-1/PD-L1抑制劑治療肺癌患者的抵抗機(jī)制，我們利用CTR-DB中的CTR_RNAseq_197數(shù)據(jù)集。該數(shù)據(jù)集包含27例接受PD-1/PD-L1抑制劑治療的非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）患者，其中19例不響應(yīng)，8例呈現(xiàn)出臨床獲益。
首先利用CTR-DB提供的單數(shù)據(jù)集分析功能，借助于其中的“抵抗信號分析->差異表達(dá)基因（DEG）”功能，我們發(fā)現(xiàn)在不響應(yīng)患者中PD-L1表達(dá)顯著下調(diào)（即CD274，log FC = ?1.15，P-value = 0.02）。
隨后使用?“抵抗信號分析->基因集富集分析（GSEA）”分析模塊，結(jié)果顯示PD-L1上游的JAK-STAT通路顯著下調(diào)（NES = ?1.49，P-value = 2.31e?04），JAK-STAT信號通路上游的IFN-γ（IFNG）表達(dá)顯著下降（log FC =?1.82，P-value = 0.03）。與此同時(shí)，抗原加工和遞呈信號通路也顯著下調(diào)（NES = ?2.55，P-value = 2.10e?10）。
而“腫瘤微環(huán)境分析”結(jié)果表明，在不響應(yīng)樣本中，免疫細(xì)胞的比例（“ImmuneScore ”，log FC = ?0.64，P-value = 0.10），特別是CD8+ T細(xì)胞的豐度（log FC = ?1.32，P-value = 0.05）顯著更低。這與差異表達(dá)基因的分析結(jié)果是一致的，因?yàn)樵诳鼓[瘤免疫中，CD8+ T細(xì)胞是IFN-γ產(chǎn)生的關(guān)鍵來源之一[1]。
IFN-γ是一種二聚化的可溶性細(xì)胞因子，是II型干擾素的唯一成員，它作為一種多效應(yīng)的細(xì)胞因子，能夠參與體內(nèi)獲得性免疫和固有免疫應(yīng)答[2]。在CD8+ T細(xì)胞浸潤水平較低且抗原呈遞通路活性下調(diào)時(shí)，CD8+ T細(xì)胞識別腫瘤抗原這一過程會(huì)受到阻礙，從而導(dǎo)致IFN-γ表達(dá)水平降低。低表達(dá)的IFN-γ不能有效地與JAK-STAT通路上的IFN-γ受體結(jié)合，進(jìn)而造成JAK-STAT通路下調(diào)，進(jìn)而下游PD-L1的表達(dá)量降低[3]。
以上所有結(jié)果暗示低的免疫細(xì)胞浸潤，尤其是低CD8+ T細(xì)胞浸潤，以及下調(diào)的INF-γ-JAK-STAT級聯(lián)所引起的PD-L1的低表達(dá)可能是肺癌患者對抗PD-1/PD-L1治療抵抗的分子機(jī)制。該發(fā)現(xiàn)與前人研究結(jié)果一致[3]。
利用CTR-DB單數(shù)據(jù)集分析功能發(fā)現(xiàn)聯(lián)合用藥
為了進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)克服PD-1/PD-L1阻斷治療抵抗的候選增敏藥物，我們繼續(xù)使用單數(shù)據(jù)分析功能中的“抵抗信號分析->L1000CDS2分析”來尋找能夠逆轉(zhuǎn)抵抗信號（|log FC|>=1，校正后的P值<=0.05）的藥物。結(jié)果顯示在返回的前50個(gè)藥物信號中，有15個(gè)是組蛋白去乙?；敢种苿℉DACI），這暗示當(dāng)免疫浸潤程度較低且PD-L1低表達(dá)時(shí)，HDACI是很有希望的對抗PD-1/PD-L1阻斷治療抵抗的增敏候選藥物。????
事實(shí)上，前人研究表明，一方面HDACI可以增強(qiáng)抗原呈遞和CD8+ T細(xì)胞及NK細(xì)胞浸潤[4-6]，另一方面，HDACI還可以刺激PD-L1的表達(dá)，抑制隨后的T細(xì)胞活化[7]。因此，HDACI聯(lián)合PD-1/PD-L1抑制劑可以招募免疫細(xì)胞增強(qiáng)治療敏感性，同時(shí)避免發(fā)生免疫逃逸。確實(shí)，目前“HDACI和PD1/PD-L1阻斷劑”藥物聯(lián)用已經(jīng)處于治療NSCLC的臨床試驗(yàn)中[8]。
CTR-DB數(shù)據(jù)集聯(lián)合分析進(jìn)一步驗(yàn)證了上述抵抗機(jī)制
為了在更大的患者群體中驗(yàn)證上述發(fā)現(xiàn)，通過CTR-DB的“Combine”功能合并所有接受抗PD-1/PD-L1治療的CTR-DB數(shù)據(jù)集，這些數(shù)據(jù)集共涉及143個(gè)樣本，其中包括47個(gè)響應(yīng)樣本和96個(gè)不響應(yīng)樣本；涉及的抗PD-1/PD-L1藥物包括Nivolumab、Pembrolizumab、PD-1/PD-L1抑制劑，涉及的癌癥類型有肺癌、黑色素瘤和皮膚癌。在這個(gè)更大的合并數(shù)據(jù)集上，我們獲得了與上述發(fā)現(xiàn)一致的結(jié)果。例如，在合并后的數(shù)據(jù)集中，不響應(yīng)樣本中免疫細(xì)胞的浸潤水平較低（‘ImmuneScore’，log FC = -1.08，P-value = 3.17e?03），特別是CD8+ T細(xì)胞的濃度（log FC = -1.13，P-value = 3.88e?03），相較于之前的單一數(shù)據(jù)集，這在合并后的更大群體中顯得更為顯著。
CTR-DB數(shù)據(jù)集比較分析揭示抵抗機(jī)制異質(zhì)性
利用該數(shù)據(jù)庫的“Compare”功能，進(jìn)一步比較多個(gè)不同來源的接受PD-1/PD-L1抑制劑治療的CTR-DB數(shù)據(jù)集，以揭示抵抗機(jī)制異質(zhì)性。在CTR-DB中共有三個(gè)樣本量>=10的數(shù)據(jù)集，包括非小細(xì)胞肺癌數(shù)據(jù)集CTR_RNA_197、黑色素瘤數(shù)據(jù)集CTR_RNAseq_11和轉(zhuǎn)移性黑色素瘤數(shù)據(jù)集CTR_RNAseq_179。
比較分析結(jié)果顯示藥物抵抗機(jī)制在不同的病人群體中表現(xiàn)出高度的異質(zhì)性。比如，與響應(yīng)樣本相比，CTR_RNAseq_179中不響應(yīng)的轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者的免疫細(xì)胞浸潤程度略高（“ImmuneScore”，log FC = 0.11，P-value = 0.76；CD8+ T細(xì)胞，log FC = 0.99，?P-value = 0.36），JAK-STAT通路上調(diào)（NES = 0.90，P-value = 0.71），PD-L1表達(dá)上調(diào)（log FC = 0.23, P-value = 0.69），同時(shí)NK 細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性通路上調(diào)（NES = 1.24，P-value = 0.08）等，這些結(jié)果暗示CTR_RNAseq_179中不響應(yīng)患者具有與上述CTR_RNAseq_197明顯不同的藥物抵抗機(jī)制。事實(shí)上，由于腫瘤的高度異質(zhì)性，藥物抵抗機(jī)制也被發(fā)現(xiàn)具有高度異質(zhì)性和復(fù)雜性[3]。
利用CTR-DB標(biāo)志物驗(yàn)證功能進(jìn)行病人治療分層的標(biāo)志物驗(yàn)證
PD-L1在臨床上已被廣泛用作識別抗PD-1/PD-L1治療響應(yīng)的預(yù)測標(biāo)志物[3]。此處想再利用CTR-DB患者的臨床轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)來驗(yàn)證PD-L1的預(yù)測能力。
通過“生物標(biāo)志物驗(yàn)證”功能，我們發(fā)現(xiàn)PD-L1只有在CTR_RNAseq_197病人群體上表現(xiàn)出了預(yù)測藥物響應(yīng)的能力（ROC AUC = 0.78，P-value = 3.60e?03），而在CTR_RNAseq_11和CTR_RNAseq_179上，它的預(yù)測能力都不足（CTR_RNAseq_11：ROC AUC = 0.54，P-value = 0.73；CTR_RNAseq_179：ROC AUC = 0.60，P-value = 0.38）。這個(gè)結(jié)果驗(yàn)證了之前的知識，PD-L1表達(dá)在預(yù)測治療響應(yīng)上的預(yù)測準(zhǔn)確性是不夠的。PD-L1陽性患者不一定總是對藥物有響應(yīng)，陰性患者也不一定對藥物沒有響應(yīng)[3]。因此，需要更有效的聯(lián)合生物標(biāo)志物來預(yù)測PD-1/PD-L1抑制劑的藥物響應(yīng)。
總之，該案例分析表明CTR-DB在藥物抵抗機(jī)制及其異質(zhì)性揭示、增敏藥物發(fā)現(xiàn)以及標(biāo)志物驗(yàn)證等方面的潛力和靠譜性。
對相關(guān)研究感興趣的小伙伴們趕快去試試吧！
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