癌症治疗最主要的挑战是治疗耐药机制的复杂性和多样性。传统的研究方法多关注基因表达水平的变化，而忽视了基因之间的关系和网络结构的动态变化。

近日，英国癌症研究中心，剑桥大学李嘉诚中心的 贾西姆团队 在 Cancer Cell 发表了题为 “Gene context drift identifies drug targets to mitigate cancer treatment resistance” 的文章，提出了一种新的计算方法—“基因景况漂移“（Gene Context Drift）的概念。旨在通过分析基因在不同治疗状态下的共表达关系变化揭示潜在的治疗耐药机制，从而发现新的药物靶点。该方法强调了癌症的异质性和复杂性，指出单一治疗方法难以应对多变的耐药机制，需要更系统、更动态的分析工具。

论文引入了一套名为RECODR的图嵌入计算流程（REsistance through COntext Drift），结合单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据的基因共表达网络（Graph Network, GN）分析和图嵌入（graph embedding）技术，用于测量癌症治疗过程中基因共表达环境的变化。该研究主要步骤概括如图1所示，左上-治疗前单细胞RNA测序，用药A和B，右上-治疗后单细胞RNA测序；两组数据经 RECODR分析，找到新药C；左下-治疗前单细胞RNA测序，用药A，B和C，右下-治疗后单细胞RNA测序显示长期缓解。例如RECODR能够设计出针对小鼠侵袭性脑肿瘤的高效联合疗法，还预测髓母细胞瘤和三阴性乳腺癌患者的潜在新疗法，其具体步骤包括：

1. 构建不同治疗状态下的基因共表达网络。
2. 使用Node2Vec算法进行随机游走，学习基因的上下文信息。
3. 利用Word2Vec神经网络模型，获得每个基因的嵌入向量。
4. 计算“基因景况漂移”得分，衡量基因在不同状态下的关系变化。
5. 结合生物学信息和药物靶点数据库，筛选潜在的药物靶点。

图1-研究主要步骤概括图 

RECODR-预测原发性肿瘤易感性：脉络丛癌 (CPC) 是一种罕见的脑肿瘤，发生于胚胎期脉络丛 (CP)，多发于幼儿。目前尚未完成针对 CPC 儿童的随机临床试验，也未发现针对该疾病的分子靶向治疗方法。该团队之前构建了一个基因工程小鼠模型，该模型重现了人类脉络丛癌的组织学、转录组和 DNA 拷贝数变异。在小鼠脑肿瘤模型中，RECODR成功识别出与治疗耐药相关的关键基因和网络变化。例如，发现DNA修复相关基因（如ATM、Kat5）在治疗中表现出显著的“景况漂移”，用血脑屏障穿透ATM抑制剂AZD1390，两种AZD1390治疗方案都显著抑制了脉络丛癌的生长，其中一种方案还延长了小鼠的生存期。这是第一份关于单药ATM抑制剂在癌症治疗中疗效的报告，这也验证了这些基因作为潜在药物靶点的可行性。

RECODR-预测单药治疗耐药性：在单药和联合治疗（如AZD1390和放疗）失败的肿瘤中，RECODR检测到复发网络图比初始脉络丛癌网络图大两到三倍的祖细胞群落，表示肿瘤通过激活早期发育的路径来逃避治疗。这些祖细胞群落中的基因在治疗耐药期间发生了最大的漂移。

药物靶点预测：通过对4,035 个抗药和3,509 个抗放疗“漂移”基因的筛选，发现多种已知或潜在的药物靶点（如PARP1、EZH2、SYK等），并在动物实验中验证了一个新的PARP1抑制剂（AZD9574）和放疗联合治疗效果优于单药治疗， 如图2所示，特别注意AZD9574和放疗联合治疗明显缩小了肿瘤体积（棕红色）。

图2-肿瘤负增长图

复杂治疗方案的设计：临床试验（NCT03423628）评估了 AZD1390（ ATM抑制剂）结合放射治疗对脑癌患者的安全性和耐受性，为了发现可能导致 AZD1390 结合放射治疗耐药性的基因，该团队从复发肿瘤样品中生成了 8,032 个单细胞RNA序列图，并使用 RECODR 软件将这些图谱与胚胎期脉络丛（CP）、未治疗的脉络丛癌（CPC） 和单药治疗复发肿瘤的网络图进行了比较，RECODR 揭示了 AZD1390 与放射治疗联合治疗耐药期间基因景况漂移的复杂模式，其中包括由联合治疗引起的独特变化（免疫群落扩张）以及由任一疗法单独驱动的变化（祖细胞群落扩张）。

为了在免疫群落扩张基因中找到可减少耐药性的靶点，该团队将复发网络图上的5,849个基因进行了分类：(1) 复发网络图中免疫群“回归”或“新”的基因；(2) 经临床验证可穿过血脑屏障的抑制剂；(3) 先前在儿童中测试过的抑制剂；以及(4) 靶向多个免疫群基因的抑制剂，因为这些基因最可能打破治疗耐药性。多激酶抑制剂达沙替尼（dasatinib）在11种此类药物中名列前茅，为了验证这一预测，该团队将36只患有脉络丛癌的小鼠随机分为五个不同的治疗组，用药程序C和结果D如图3所示，结果显示，放射疗法联合AZD1390和达沙替尼交替治疗效果最佳（深紫）。

图3-用药程序C和生存曲线D，黄-单用达沙替尼；草绿-达沙替尼联合AZD1390单药治疗；绿色-达沙替尼联合AZD1390和放疗联合治疗，浅紫-AZD1390和放疗联合治疗方案1；红色- AZD1390和放疗联合治疗方案2；深紫- AZD1390和放疗联合治疗方案3

临床样本分析：在儿童脑肿瘤样本中，应用RECODR对景况漂移评分最高的基因进行分类，筛选出12种可能缓解抗药性最大的髓母细胞瘤疗法，其中8种药物已进入临床（二甲双胍、哌柏西利、替西罗莫司和瑞戈非尼）或在临床前（锂、苯碘达隆、曲美替尼和达拉非尼）阶段。为了将 RECODR 的应用范围扩展到儿童脑肿瘤之外，并测试是否可以在治疗后立即检测到基因景况漂移，而不是在复发后，该团队对患三阴性乳腺癌的47 名女性在新辅助化疗前和化疗后的单细胞RNA序列图进行了RECODR分析，通过景况漂移评分的层次分类得出的三阴性乳腺癌亚型与通过基因表达水平得出的亚型存在很大的差异， 其中一组是一个前所未知的三阴性乳腺癌亚型，其内有潜能在于显著的转录组进化。RECODR预测，如果录组进化组的肿瘤复发，有9种潜在的疗法可用于新辅助治疗中，其中6种药物已进入三阴性乳腺癌的临床开发阶段（瑞博西尼、伊沙佐米和瑞戈非尼），或处于临床前开发阶段（米哚妥林、他泽美司他和达拉非尼）。

论文强调了“基因景况漂移“，为理解癌症治疗耐药性提供了一个全新的，并优于传统的基因表达水平分析的视角。该方法能够捕捉基因间关系的动态变化，揭示肿瘤细胞在不同治疗压力下的适应机制。研究指出该技术可以帮助发现潜在的药物靶点，尤其是在复杂的耐药网络中，找出传统方法难以识别的关键基因；通过在动物模型和临床样本中的验证，证明RECODR具有较强的预测能力和临床应用潜力；未来可结合CRISPR等基因编辑技术，进一步验证筛选出的靶点；该方法也提示肿瘤具有高度的“弹性”，能通过激活胚胎程序或免疫逃逸机制实现抗药性，因此需要多层次、多靶点的治疗方法。RECODR的局限性在于，目前的实验验证主要集中在特定肿瘤类型，推广到其他癌症还需更多的验证；药物筛选依赖已有药物数据库，并未覆盖所有潜在靶点；临床应用还需结合更多临床数据和随访验证。

总之，RECODR提供了一种创新的分析工具，为个性化、多靶点的癌症治疗提供理论基础和实践指导，为推动癌症精准治疗的发展，减少治疗失败和复发的风险带来希望。

Tags： Cancer Cell：用基因景况漂移法来识别可减轻癌症治疗耐药性的药物靶点