當(dāng)前，估計(jì)全球每年有960萬(wàn)人死于癌癥，占總死亡人數(shù)的六分之一。由于幾乎所有具有增殖能力的細(xì)胞都有癌變的可能性，這導(dǎo)致數(shù)百種腫瘤類型的發(fā)生；隨著前沿分子水平分類方法學(xué)的發(fā)展，人們也識(shí)別出了更多的腫瘤亞型。鑒于腫瘤發(fā)生在基因組水平上的隨機(jī)性和不同腫瘤之間的異質(zhì)性，對(duì)于絕大多數(shù)腫瘤來說，完全預(yù)防幾乎是不可能的，并且很難針對(duì)每種腫瘤亞型設(shè)計(jì)特異性且有效的治療藥物。即使最新的靶向療法和免疫療法，它們對(duì)絕大多數(shù)腫瘤也無效，特別是對(duì)于不可切除的、傾向于發(fā)生全身擴(kuò)散的中晚期腫瘤。目前化療具有非選擇性殺傷作用和較強(qiáng)的細(xì)胞毒性，仍然是改善患者預(yù)后甚至挽救患者生命的最重要治療方法。

      然而，耐藥性是癌癥化療的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。耐藥性的原因多種多樣。癌癥異質(zhì)性往往會(huì)影響化療的有效性，因此，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化療很重要。隨著新的化療藥物和治療方法越來越多，迫切需要找到一種普遍適用于多種藥物的預(yù)測(cè)性標(biāo)志物，在治療前預(yù)測(cè)癌癥患者的化學(xué)敏感性以改善他們的預(yù)后。

方法學(xué)

從公共數(shù)據(jù)庫(kù)下載數(shù)據(jù)，比較高微衛(wèi)星不穩(wěn)定性（MSI-H）和微衛(wèi)星穩(wěn)定/低微衛(wèi)星不穩(wěn)定性（MSS/MSI-L）組的藥物敏感性。此外，本文還進(jìn)行了通路富集分析和細(xì)胞化學(xué)敏感性測(cè)定，以探索MSI狀態(tài)可能影響藥物敏感性的機(jī)制，并評(píng)估了藥物處理細(xì)胞系和對(duì)照細(xì)胞系之間的差異。

結(jié)論

      MSI-H多發(fā)性腫瘤患者對(duì)多種化療藥物的敏感性高于MSS/MSI-L患者，特別是對(duì)于CRC，其通過下調(diào)DDR通路（如NHEJ）增強(qiáng)了化療敏感性。同時(shí)化療藥物引起的額外DNA損傷導(dǎo)致DDR通路進(jìn)一步下調(diào)，增強(qiáng)藥物敏感性，形成了HIS-H患者對(duì)化療藥物敏感性增加的正循環(huán)。

結(jié)果 1

MSI 狀態(tài)與癌癥化療敏感性之間的關(guān)系

      GDSC數(shù)據(jù)庫(kù)中的腫瘤細(xì)胞系分為MSI-H組和MSS/MSI-L組。Mann-Whitney U 檢驗(yàn)顯示 MSI 狀態(tài)與化療藥物 IC50 對(duì) CRC、STAD、OV 和 UCEC 有顯著相關(guān)性。除紫杉醇外，所有化療藥物在 MSI-H CRC 細(xì)胞系的 IC50 值均顯著低于 MSS/MSI-L 細(xì)胞系。這表明 MSI-H CRC 細(xì)胞系比 MSS/MSI-L 細(xì)胞系對(duì)多種化療藥物更敏感，包括 5-FU、奧沙利鉑和伊立替康，這些藥物均包含在標(biāo)準(zhǔn) CRC 化療方案中。此外，與DNA損傷相關(guān)的化療藥物，如奧沙利鉑、米托蒽醌、5-FU、順鉑和吉西他濱，與其他類別的化療藥物相比，MSI-H組和MSS/MSI-L組的IC50值差異更顯著（p < 0.01）。然后，本文根據(jù)患者的MSI狀態(tài)預(yù)測(cè)了TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)中患者對(duì)化療的反應(yīng)。MSI-H 組和 MSS/MSI-L 組對(duì)以下癌癥對(duì)某些化療藥物的預(yù)測(cè)敏感性存在顯著差異：CRC、STAD、UCEC、子宮癌 （UCS）、前列腺腺癌 （PRAD）、乳腺浸潤(rùn)癌 （BRCA）、頭頸部鱗狀細(xì)胞癌 （HNSC）、腎腎透明細(xì)胞癌 （KIRC）、肺鱗狀細(xì)胞癌 （LUSC）、肝肝細(xì)胞癌 （LIHC）、 食管癌 （ESCA）、皮膚黑色素瘤 （SKCM） 和肉瘤 （SARC） （下圖C）。預(yù)測(cè)的藥物敏感性結(jié)果與基于GDSC CRC數(shù)據(jù)集分析的IC50結(jié)果一致。為了進(jìn)一步證明 MSI 作為基于化療敏感性分層的生物標(biāo)志物的實(shí)際意義，本文對(duì) GEO 數(shù)據(jù)庫(kù)中的 25 個(gè) CRC 表達(dá)譜進(jìn)行了薈萃分析，以預(yù)測(cè)具有不同 MSI 狀態(tài)的細(xì)胞系的化療敏感性。與之前的GDSC數(shù)據(jù)庫(kù)分析一樣，結(jié)果顯示MSI-H CRC組細(xì)胞系的IC50值顯著降低（logFC<0,95%CI<0，下圖F），比 MSS/MSI-L CRC 組中的細(xì)胞系對(duì)除紫杉醇、多柔比星和依托泊苷之外的幾乎所有化療藥物都更敏感。這些結(jié)果表明，MSI 狀態(tài)是多種癌癥化療藥物敏感性的預(yù)測(cè)標(biāo)志物，包括 CRC、STAD、LIHC、ESCA、OV、UCEC、UCS、PRAD、BRCA、DLBC、HNSC、KIRC、LUSC、LIHC、ESCA、SKCM 和 SARC，在大多數(shù)情況下，MSI-H 表示更高的化學(xué)敏感性。

結(jié)果 2 在不同MSI狀態(tài)的COAD細(xì)胞中分析化療藥物IC50

      為了進(jìn)一步驗(yàn)證不同MSI狀態(tài)的COAD細(xì)胞對(duì)多種化療藥物的敏感性，本文測(cè)定了兩種MSI-H COAD細(xì)胞系（RKO和HCT116）和兩種MSS/MSI-L COAD細(xì)胞系（HT29和SW620）中五種化療藥物的IC50值。對(duì)于伊立替康和奧沙利鉑，MSI-H COAD細(xì)胞的IC50值低于MSS/MSI-L COAD細(xì)胞（下圖A和B）。對(duì)于順鉑和多柔比星，RKO 和 HCT116 細(xì)胞的化學(xué)敏感性高于 HT29 細(xì)胞，但化學(xué)敏感性低于 SW620 細(xì)胞（下圖C和D）。MSI-H和MSS/MSI-L COAD細(xì)胞系之間的5-FU IC50值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（下圖E）。

結(jié)果 3 MSI狀態(tài)與DDR通路的關(guān)系及其對(duì)泛癌種患者的預(yù)后意義

      進(jìn)一步探討DDR通路在MSI-H和MSS/MSI-L腫瘤化療反應(yīng)中的作用。本文首先通過GSEA分析TCGA的CRC隊(duì)列。堿基切除修復(fù) （BER）、范可尼貧血 （FA）、核苷酸切除修復(fù) （NER）、NHEJ 和單鏈斷裂 （SSB） 通路是 DDR 通路，在 MSI-H CRC 中顯著下調(diào)，在 MSS/MSI-L CRC 中顯著上調(diào)（下圖A）。NCI-60的OV細(xì)胞系數(shù)據(jù)也被分為MSI-H組和MSS/MSI-L組。BER 和 NHEJ 通路在 MSI-H 組中顯著下調(diào)，在 MSS/MSI-L 組中顯著富集。本文將泛癌樣本分為 MSI-H 和 MSS/MSI-L 組，GSEA 的 MANTIS 評(píng)分臨界值為 0.4。觀察到 MSI 狀態(tài)與 PRAD 和 UCEC 的多種 DDR 通路之間存在顯著但相反的相關(guān)性，并且在許多腫瘤中，尤其是 在CRC 和 OV，NHEJ 和 BER 通路與 MSI 狀態(tài)顯著相關(guān)。接下來，本文進(jìn)一步探討了這些DDR通路在患者預(yù)后中的作用。在從TCGA泛癌隊(duì)列表達(dá)數(shù)據(jù)中獲得的ssGSEA評(píng)分的單因素Cox回歸分析中，發(fā)現(xiàn)DDR通路與患者預(yù)后之間的關(guān)聯(lián)與腫瘤類型密切相關(guān)（下圖B和C）。例如，在UCEC等腫瘤中，DDR通路富集通常是一個(gè)危險(xiǎn)因素，而在STAD等其他腫瘤中，多個(gè)DDR通路是顯著的保護(hù)因素。一般來說，NHEJ通路的下調(diào)可能是MSI-H CRC化療敏感性的重要機(jī)制，NHEJ的上調(diào)可能通過抑制腫瘤發(fā)展對(duì)患者的預(yù)后起積極作用。

結(jié)果 4 CRC中MSI狀態(tài)在DDR和化學(xué)敏感性之間的作用

      本文分析了GDSCCRC隊(duì)列（總體組）中DDR通路ssGSEA評(píng)分與DDR相關(guān)藥物ln（IC50）值的相關(guān)性。DDR通路ssGSEA評(píng)分與化療藥物的ln（IC50）呈顯著正相關(guān)（下圖A）。除替尼泊苷和米托蒽醌外，NHEJ通路與所有DNA損傷反應(yīng)化療藥物的ln（IC50）值均表現(xiàn)出強(qiáng)烈而顯著的相關(guān)性（R>0.3，p值<0.05）。這表明 DDR 通路的上調(diào)與化療耐藥性有關(guān)，而 DDR 通路的下調(diào)與化療敏感性有關(guān)。當(dāng)進(jìn)一步將CRC隊(duì)列分為MSI-H和MSS/MSI-L組時(shí)，總體而言，MSS/MSI-L組的DDR通路ssGSEA評(píng)分與細(xì)胞系的ln（IC50）值之間的關(guān)系與MSS/MSI-L組的關(guān)系更一致（下圖B）。MSI-H組NHEJ通路富集與藥物敏感性的關(guān)系與整體組更相似（下圖C），進(jìn)一步表明了NHEJ通路在MSI-H CRC的高藥敏性中的作用。在PRAD中，DDR通路ssGSEA評(píng)分與ln（IC50）呈負(fù)相關(guān);特別是，MSI-H組FA和SSB通路的上調(diào)與喜樹堿的ln（IC50）呈負(fù)相關(guān)，這可能解釋了與MSS/MSI-L PRAD相比，MSI-H PRAD對(duì)喜樹堿的敏感性更高。同樣，UCEC中NHEJ通路GSEA評(píng)分與博來霉素ln（IC50）值呈負(fù)相關(guān);MSI-H 組中 NHEJ 的上調(diào)可以解釋為什么 MSI-H UCEC 對(duì)博來霉素的敏感性高于 MSS/MSI-L UCEC。這些發(fā)現(xiàn)表明，DDR通路可以在一定程度上解釋某些腫瘤（如UCEC和PRAD）對(duì)某些DNA損傷相關(guān)化療藥物的敏感性增加。DDR途徑在MSI-H CRC藥物敏感性中的作用就是最好的例證。在 CRC 中，MSI-H 狀態(tài)可能通過下調(diào) DDR 通路（尤其是 NHEJ）介導(dǎo)對(duì)各種化療藥物的敏感性增強(qiáng)。

結(jié)果 5 MSI-H陽(yáng)性結(jié)直腸癌患者，對(duì)化療藥物的敏感性增加

      在確定 CRC 中的 MSI-H 狀態(tài)可能通過下調(diào) NHEJ 通路來增強(qiáng)對(duì) DDR 相關(guān)化療藥物的敏感性后，本文進(jìn)一步探索了 CRC 中 DDR 通路的變化和化療藥物治療后的化學(xué)敏感性。首先將NCI-60panel中的泛癌細(xì)胞系分為治療組和對(duì)照組，計(jì)算了DDR通路ssGSEA評(píng)分，并分析了六種不同化療藥物治療前后泛癌細(xì)胞系DDR通路ssGSEA評(píng)分的差異。在GEO中用八種DDR相關(guān)化療藥物（順鉑、拓?fù)涮婵怠?-氮雜胞苷、多柔比星和吉西他濱）處理細(xì)胞：GSE116436，在大多數(shù)情況下，治療組的所有八種 DDR 通路都顯示出比對(duì)照組更強(qiáng)的富集程度（下圖A）。在COAD中，幾乎所有的DDR通路在用所有藥物治療后都顯著下調(diào)（下圖B）;這一趨勢(shì)在總體、MSI-H 和 MSS/MSI-L 組之間沒有顯著差異 （下圖C和D），表明這種影響可能與 MSI 狀態(tài)無關(guān)。然而，值得注意的是，在用紫杉醇、順鉑、拓?fù)涮婵怠⒍嗳岜刃呛图魉麨I治療后，COAD 中的 NHEJ 通路顯著下調(diào)。

結(jié)果 6 DDR 抑制劑影響 MSI-H COAD 細(xì)胞中化療藥物的 IC50 值

      本文發(fā)現(xiàn)RKO和HCT116細(xì)胞對(duì)伊立替康和奧沙利鉑比 HT29和SW620細(xì)胞更敏感。因此，選擇研究DDR通路抑制劑對(duì)COAD細(xì)胞中伊立替康和奧沙利鉑IC50值的影響。首先，我們測(cè)量了 UNC-2170（一種 DDR 抑制劑）在通過 CCK-8 測(cè)定處理 24 小時(shí)的四種 COAD 菌株中的 IC50 值。UNC-2170單獨(dú)使用沒有顯著抑制COAD細(xì)胞的生長(zhǎng)。因此，為了研究 DDR 抑制劑和化療藥物在 COAD 細(xì)胞中的聯(lián)合作用，選擇了兩種固定濃度的 UNC-2170（2 μg/mL 和 20 μg/mL）。在 RKO 細(xì)胞中，添加低劑量 （2 μg/mL） 或高劑量 （20 μg/mL） 的 UNC-2170 可增加對(duì)伊立替康的敏感性。奧沙利鉑聯(lián)合DDR抑制劑（20 μg/mL）的IC50值顯著低于其他兩個(gè)治療組（單獨(dú)使用奧沙利鉑和奧沙利鉑聯(lián)合DDR抑制劑（2 μg/mL））（下圖A）。在 HCT116 細(xì)胞中，高劑量的 DDR 抑制劑 （20 μg/mL） 增加了對(duì)奧沙利鉑的敏感性。我們還發(fā)現(xiàn)，隨著DDR抑制劑濃度的增加，HCT116細(xì)胞對(duì)伊立替康的敏感性逐漸增加，組間IC50值差異顯著（下圖B）。DDR抑制劑不影響HT29細(xì)胞對(duì)奧沙利鉑的敏感性。相反，當(dāng)DDR抑制劑與伊立替康聯(lián)合使用時(shí)，伊立替康的IC50明顯低于單獨(dú)使用伊立替康組，但不同濃度DDR抑制劑組的IC50差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（下圖C）。對(duì)于SW620細(xì)胞，DDR抑制劑對(duì)化療藥物的敏感性無影響，奧沙利鉑和伊立替康治療組的IC50差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（下圖6D）。

參考文獻(xiàn)

Ye T, Lin A, Qiu Z, Hu S, Zhou C, Liu Z, Cheng Q, Zhang J, Luo P. Microsatellite instability states serve as predictive biomarkers for tumors chemotherapy sensitivity. iScience. 2023 Jun 7;26(7):107045. doi: 10.1016/j.isci.2023.107045. PMID: 37448561; PMCID: PMC10336167.