急性髓系白血病的多组学分型指导药物组合以克服维奈克拉耐药

Multi-omics classification of acute myeloid leukemia guides drug combinations to overcome Venetoclax resistance.

作者信息Runyu Yang, Hui Feng, Mengyao Zhang, Yi Liu, Minna Luo, Ruimin Liu, Kaiyao Wang, Qijing Li, Wenjuan Wang, Jing Chen, Yue Du, Jiayi Xiao, Bingyu Yang, Fan Niu, Pengcheng He
PMID42040765
发布时间2026-03-09
DOI10.20517/cdr.2025.228

实验完整度

高

本研究包含多组学数据聚类分析、细胞系和原代细胞体外功能验证、耐药细胞株构建、异种移植小鼠体内验证等多个独立证据层级。

主要模型

TCGA-LAML患者队列 MOLM13细胞系及其耐维奈克拉株MOLM13/Vene OCI-AML3、U937、HEL等AML细胞系 MOLM13/Vene异种移植NSG小鼠模型

重点核对

多组学数据整合自TCGA-LAML队列,共121例患者 Venetoclax耐药细胞株MOLM13/Vene通过递增浓度(5-1000 nmol/L)诱导超过3个月建立 体外药物处理时间24-48小时,IC50测定使用CCK-8试剂盒 体内实验使用NSG小鼠,Venetoclax剂量50 mg/kg腹腔注射,Elesclomol 10 mg/kg,Bortezomib 1 mg/kg 药物联用效果通过ZIP模型计算协同分数,>10认为协同

摘要

目的:急性髓系白血病(AML)是一种侵袭性血液恶性肿瘤。传统的风险分层无法预测患者对维奈克拉等靶向治疗的反应,阻碍了精准医学和克服耐药策略的发展。方法:我们建立了一个整合mRNA/lncRNA表达、DNA甲基化、拷贝数变异和体细胞突变数据的多组学框架。利用九种互补聚类算法,我们在发现队列中识别了分子亚型,并在独立外部队列中进行了验证。多组学分型随后指导了对高风险亚型特异性维奈克拉增敏剂的筛选,并通过体内外实验验证了候选药物的疗效。结果:我们识别了三个具有独特临床特征的分子学上不同的AML亚型,并在独立外部队列中验证了该分型。Cluster 2预后最好,而Cluster 3以高TP53突变频率和显著免疫浸润为特征,预后最差且对维奈克拉表现出显著耐药。多组学指导的药物筛选揭示,Cluster 3对Elesclomol和临床可用的蛋白酶体抑制剂硼替佐米均表现出特别的敏感性。通过全面的体内外验证,我们证明这两种药物均能显著增强维奈克拉的治疗效果。特别具有转化意义的是,维奈克拉-硼替佐米联合方案利用了一种具有成熟安全性的药物,为近期临床转化提供了一个易于实施的策略。结论:我们的研究建立了一个新颖的多组学分型系统,为研究生物学异质性、阐明耐药机制和制定有效的联合策略以实现AML个性化治疗提供了坚实基础。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
如何通过多组学整合分类AML患者,以识别维奈克拉耐药高危亚型并开发有效的联合治疗策略?
核心机制
Cluster 3亚型具有高TP53突变频率、线粒体代谢过度活跃、单核细胞分化特征和慢性炎症信号激活,导致其对维奈克拉耐药;Elesclomol通过诱导氧化应激和铜死亡,硼替佐米通过抑制蛋白酶体,协同维奈克拉发挥作用。
主要证据
在TCGA-LAML和多个外部队列中验证了三亚型分型;用CCLE细胞系和原代样本验证了Cluster 3对维奈克拉耐药;通过体外和异种移植模型证实了Elesclomol和硼替佐米联合维奈克拉的协同增效作用。
研究意义
作者提出该多组学分型系统为研究AML生物学异质性、阐明耐药机制和制定联合治疗策略奠定基础,尤其是维奈克拉-硼替佐米联合方案,因硼替佐米已临床应用,有望快速转化。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

多组学数据整合与亚型构建

整合多组学数据以识别具有临床意义的AML分子亚型

从TCGA-LAML队列整合mRNA/lncRNA表达、DNA甲基化、拷贝数变异和体细胞突变数据,使用九种聚类算法进行亚型分类,并通过多算法共识确定三个亚型。

2

外部队列验证

验证亚型分型的稳健性和泛化能力

利用NTP方法将外部队列(Beat AML、GSE10358等)的样本映射到已定义的亚型,并比较不同亚型患者的生存差异。

3

单细胞转录组分析

在单细胞水平描绘不同亚型的细胞组成和分化轨迹

对GSE116256单细胞数据聚类注释,结合AUCell和ssGSEA评估亚型特征,并使用Monocle2分析Cluster 3细胞的分化轨迹。

4

耐药细胞株构建

建立维奈克拉耐药模型以研究耐药机制

通过逐步增加维奈克拉浓度处理MOLM13细胞超过3个月,获得完全耐药细胞系MOLM13/Vene,并进行RNA-seq分析。

5

药物敏感性筛选

识别对各亚型特异有效的药物和耐药模式

利用Beat AML队列的药物反应数据(AUC值),比较各亚型对多种抑制剂的敏感性,并预测CCLE细胞系亚型。

6

体外药物联合验证

评估Elesclomol或硼替佐米联合维奈克拉的协同抗白血病效应

在Cluster 3细胞系(OCI-AML3、U937、MOLM13/Vene)和原代AML细胞中,用CCK-8测定细胞活力,流式检测凋亡,并通过SynergyFinder分析协同作用。

7

体内联合治疗评估

在动物模型中验证联合方案对维奈克拉耐药白血病的疗效

建立MOLM13/Vene异种移植NSG小鼠模型,分别给予维奈克拉单药或联合Elesclomol或硼替佐米治疗,通过检测骨髓和脾脏中hCD45+细胞比例评估肿瘤负荷。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
TRIzol----
RPMI-1640培养基HyClone--
胎牛血清Newzerum--
L-谷氨酰胺Solarbio--
维奈克拉Selleck--
磷酸盐缓冲液----
羟乙基淀粉TBDscience--
红细胞裂解液Solarbio--
细胞计数试剂盒-8Dojindo--
ElesclomolMedChemExpress--
硼替佐米MedChemExpress--
膜联蛋白VBiolegend--
碘化丙啶Biolegend--
BD FACS Canto II流式细胞仪BD--
聚氧乙烯蓖麻油MedChemExpress--
抗人CD45抗体Biolegend--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
多组学数据整合
TCGA-LAML队列样本量121例;原始数据需通过GEO、UCSC Xena、cBioPortal等数据库获取;纳入特征包括44个mRNA、90个lncRNA、313个CNA、13个甲基化位点和18个高突变基因。
阅读提示:Methods 'Integration and subtype construction of TCGA-LAML cohort raw data'
亚型预测
外部队列预测使用各亚型前100个上调基因作为模板;需确保数据归一化方法一致。
阅读提示:Methods 'External validation...' 和 Figure legends 图2
细胞培养
细胞系来源(MOLM13来自DSMZ、M07e和U937来自ATCC、HEL和Kasumi-1来自Procell、OCI-AML3来自Nanjing Cobioer);培养基成分(RPMI-1640,10%或20% FBS,1%丙酮酸钠,1%L-谷氨酰胺)。
阅读提示:Methods 'Cell culture'
耐药细胞株构建
维奈克拉浓度递增方案(5-1000 nmol/L),处理时间超过3个月;RNA-seq三个生物学重复。
阅读提示:Methods 'Construction of Venetoclax-resistant cell line and RNA sequencing'
IC50测定
细胞接种密度3×10^5 cells/mL;处理时间24-48小时;CCK-8检测;IC50计算使用非线性回归。
阅读提示:Methods 'Drug treatment and IC50 measurement'
联合药物分析
药物浓度设置;处理时间24小时;ZIP模型判断协同(>10)。
阅读提示:Methods 'Multi-drug combination analysis'
凋亡检测
细胞密度5×10^5 cells/mL;处理时间24小时;染色后流式分析。
阅读提示:Methods 'FACS analysis of apoptosis'
体内实验
小鼠品系(NSG,雌性,6-8周龄);细胞接种量2×10^4;给药方案(维奈克拉50 mg/kg,Elesclomol 10 mg/kg,Bortezomib 1 mg/kg,用药频率和时间)。
阅读提示:Methods 'In vivo evaluation of combined therapeutic efficacy in a xenograft AML mouse model'