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单细胞转录组助力顺铂耐药相关的多组学差异及机器学习模型的建立
你是不是还在为文章思路如何设计发愁？你是不是还在苦苦思索单细胞测序与bulk RNA、miRNA、代谢组等组学数据如何联合分析？答案来了！近日，复旦大学附属中山医院隋启海、陈振淙、胡正阳为论文的共同第一作者，詹成教授、林宗武教授为论文的共同通讯作者，在Journal of Translational Medicine, (IF: 5.531)期刊发表了关于顺铂耐药性研究相关成果，揭示体细胞突变、mRNA表达、miRNA表达、代谢物和甲基化与顺铂耐药相关，同时基于BATF3、IRF5、ZBTB38三个基因的表达建立的模型，可以帮助预测铂类药物特别是含顺铂类药物化疗癌症患者的反应和预后，欧易生物提供了该篇文章单细胞转录组测序相关工作，下面我们一起在这篇文章中寻找答案。
材料：接受含顺铂新辅助化疗ESCC和LUAD患者肿瘤样本
期刊：Journal of Translational Medicine
发表时间：2022年4月11日
方法：欧易生物10X Genomias scRNA-seq、Western blot、RNA interference、qRT‑PCR等技术
顺铂于1844年首次合成，20世纪60年代科学家发现其可以抑制大肠杆菌的细胞分裂，表明有了可以用于癌症治疗的可能性。以铂为基础的化疗仍然是晚期NSCLC患者的重要治疗方式，其药理机制主要为通过细胞凋亡进行介导。然而顺铂的副作用以及耐药性也极大的抑制了它的应用与有效性。
本研究主要通过多组学及相关模型探究顺铂耐药机制，并为临床治疗提供依据。首先根据IC50将661个细胞系的数据（同时含有mRNA、miRNA和代谢组数据）分为了3组，将IC50值较低的前1/3(220)定义为敏感组，将IC50值较低的后1/3(220)定义为不敏感组。结合体细胞突变数据与药物敏感性数据，共同研究体细胞突变特征在低IC50和高IC50组之间的差异。结果表明TP53是不敏感组中最常见的突变，而TTN是敏感组中最常见的突变。
为了发现两组之间的差异，从不同水平对两类细胞系进行差异分析，发现1348 mRNA、80 miRNA和15种代谢物在两组间有差异表达(p＜0.05)。同时构建顺铂相关模型，从1348个mRNA中选择FOXA2、BATF3、SIX1、HOXA1、ZBTB38、IRF5作为顺铂耐药的相关特征基因,并通过TCGA表明与不同肿瘤患者的预后相关。为了在细胞水平上检测BATF3、IRF5、ZBTB38表达与顺铂敏感度的关系，在人癌细胞系A549和H358中分别转染了靶向BATF3、IRF5和ZBTB38的siRNA。结果显示沉默BATF3显著增加对顺铂的敏感度，而沉默IRF5、ZBTB38敏感度降低。
图1 | 整体流程图
为进一步研究以上3个基因在ESCC和LUAD中与顺铂耐药性的关系，因此对ESCC和LUAD患者（接受了完整的含顺铂新辅助化疗治疗）肿瘤样本进行单细胞转录组测序研究。针对ESCC共检测6例患者肿瘤样本，其中包括4例新辅助化疗不敏感(NACT-NON-SEN)肿瘤样本和2例新辅助化疗敏感(NACT-SEN)肿瘤样本(图2A)。针对LUAD共5例LUAD患者肿瘤样本，其中3例为NACT-SEN，2例为NACT- NON-SEN(图2B)。研究表明LUAD中，BATF3在NACT-SEN组中显著下调，而IRF5、ZBTB38在NACT-SEN组中表达明显高于NACT-NON-SEN组(使用EPCAM和SOX4标记，图2D)。并且在ESCC中，BATF3、IRF5、ZBTB38在 9801恶性细胞（使用LYZ和C1QB标记）中表现出相同的趋势(图2C)。
图2 | scRNA-seq揭示BATF3、IRF5、ZBTB38在LUAD与LUAD中表达趋势
结论：
1. 体细胞突变、mRNA表达、miRNA表达及代谢物差异与顺铂耐药有关；
2. 基于BATF3、IRF5、ZBTB38三个基因的表达建立的模型，可以帮助预测铂类药物特别是含顺铂类药物化疗癌症患者的反应和预后。
参考文献Sui Q, Chen Z, Hu Z, et al. Cisplatin resistance-related multi-omics differences and the establishment of machine learning models[J]. Journal of Translational Medicine, 2022.https://doi.org/10.1186/s12967-022-03372-0
