单细胞测序联合虚拟基因敲除鉴定非小细胞肺癌免疫治疗耐药关键基因及GSTP1靶向机制

《Journal of Translational Medicine》：GSTP1 is associated with NSCLC immunotherapy resistance: multi-omic discovery via transformer-based perturbation across 109 cell types

　　

摘要

背景

免疫治疗改变了非小细胞肺癌（NSCLC）的治疗格局，但耐药性是不可避免的。阐明不同基因在异质性细胞类型中的功能作用仍然具有实验挑战性。

方法

收集并注释了接受免疫治疗的 NSCLC 患者的单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）数据（GSE207422、GSE179994 和 GSE176021）。使用 Geneformer 对所有细胞类型进行计算机模拟单基因敲除，以绘制它们对免疫治疗疗效的影响。随后，通过整合差异表达分析与临床试验测序数据，确定关键基因。层次聚类划分了功能基因模块，方差分配量化了每个基因对患者间免疫治疗反应的贡献。最后，在体内和体外对结果进行了机制验证。

结果

根据大规模泛癌图谱和经典标志物注释 scRNA-seq 数据后，总共鉴定出 109 种细胞类型。我们鉴定出 110 个与免疫治疗疗效相关的基因（25 个基因与更好的免疫治疗疗效相关，85 个与较差的免疫治疗疗效相关），并深入了解这些基因发挥关键作用的具体细胞类型。此外，我们创建了一个网站来展示这些 110 个基因，并开发了基于这些基因的免疫评分系统，以及基于 7 个基因的更简洁的 CancerCellScore 模型。GSTP1 是这 7 个基因中的最大贡献者，对预测 NSCLC 免疫治疗反应非常有效。抗 GSTP1 和抗 PD-1 的联合使用可以显著抑制肿瘤生长。

结论

建立了基于这 110 个基因的免疫评分系统，并验证了其能够很好地区分免疫治疗反应人群的能力。已部署一个网站（https://immunotherapy.live/ResisGenes）来可视化评分系统并提供实时样本评分。在机制上，GSTP1 表达与免疫治疗反应呈负相关，靶向 GSTP1 可能通过调节铁死亡通路增强抗 PD-1 的疗效。