 尽管靶向治疗和免疫检查点抑制剂治疗在肺癌治疗中取得了进展，肺腺癌（LUAD）仍然是全球范围内癌症死亡的主要原因。肺腺癌诊断和治疗面临的主要挑战是肿瘤内和肿瘤间组织异质性和分子异质性。尽管基因水平的基因变异、拷贝数变异和融合基因变异，RNA水平的分子分型取得了一定进展，但根据临床或分子特征预测所有肺腺癌患者的临床生存仍然存在挑战。此外，许多肺腺癌患者不具有可靶向的分子生物学改变。基于质谱的蛋白组学可提供基因组水平无法获得的蛋白表达及翻译和翻译后修饰信息，通过肿瘤蛋白基因组学分析，可强化对驱动肿瘤表型分子机制的理解，并识别新的蛋白组学生物标志物。 2022年11月15日，美国基因组中心的Anthony R. Soltis教授等人在Cell Reports Medicine上发表了一篇名为Proteogenomic analysis of lung adenocarcinoma reveals tumor heterogeneity, survival determinants, and therapeutically relevant pathways的文章，报道了基于肺腺癌的蛋白基因组图谱特征，发现了新的病因相关结构改变亚型，RNA和蛋白表达与肿瘤免疫评分相关。多组学整合分析，揭示了各分子亚型患者的生存的特征和治疗干预的靶标。  研究者首先对87例肺腺癌样本进行了深入的蛋白基因组学分析，整合了全基因组测序、转录组测序、蛋白质组学和蛋白磷酸化（通过质谱）以及反相蛋白微阵列多组学数据。根据基因组水平体细胞变异，将肺腺癌分为三种亚型：不吸烟者的高转换亚型、当前吸烟者的高颠换亚型，既往吸烟者的TP53变异和全基因组结构改变亚型。结果表明，肿瘤内RNA和蛋白质表达的相关性与肿瘤纯度和免疫细胞分布有关。此前有研究者根据RNA分型把肺腺癌分成了终末呼吸单位(TRU)型、近端增殖亚型(PP，Proximal-Proliferative，肺腺癌中恶性程度最高、以细胞快速增殖为主要特征)和近端炎症亚型(PI)三种。该研究属于APOLLO（Applied Proteogeomics Organizational Learning and Outcomes）抗癌登月计划。 体细胞基因组特征亚型发现分子病因与吸烟史有关 肺腺癌全基因组的肿瘤突变负荷（TMB）和结构变异（SV）动态范围广（TMB：0.35–176突变/Mb；SV：14–245）。 通过肺腺癌体细胞变异基因组图谱特征聚类，识别出三种特征亚型，分别为高转换、高颠换和结构改变亚型。 高转换亚型：特征是衰老相关单核苷酸变异（SNV）和MMRD2插入缺失（indel），从不吸烟者占比最多、腺泡型肺腺癌、TMB非常低（中位数2.3）。 高颠换亚型：特征是吸烟单核苷酸变异（SNV）和插入缺失（indel），当前吸烟者占比最多，TMB最高（中位数20.7）。 结构改变亚型：特征是MMRD1插入缺失（indel）和中等长度的插入。该亚型既往吸烟者占比最多，TMB较高（中位数14.7），吸烟SNV和indel水平居中。进一步研究肿瘤SV，结构缺失和倒置较常出现。 肿瘤间RNA和蛋白相关性 为了探究蛋白水平表达与RNA表达的关联分析是否可反映肺腺癌患者转录后调控的差异，研究者们比较了基因组水平检测到的7472个基因，及其RNA表达和蛋白表达的差异。研究发现其相关性中位数0.47，84%的基因显著正相关。 研究者们进一步分析同一肺腺癌样本内RNA和蛋白表达的相关性，APOLLO队列中发现肿瘤内RNA和蛋白的相关性存在较广的动态范围（ρ范围：0.23-0.69），CPTAC队列为（ρ = 0.33–0.64），这证明了肿瘤间存在异质性。 DNA全基因组测序与肿瘤纯度呈正相关。肿瘤相关RNA：蛋白质相关性与RNA免疫评分、RNA基质评分和蛋白质基质评分呈负相关，与蛋白质免疫评分呈显著正相关。 肺腺癌的蛋白基因组学分型 研究者们既往根据RNA分型把肺腺癌分成了终末呼吸单位(TRU)型、近端增殖亚型(PP，Proximal-Proliferative，肺腺癌中恶性程度最高、以细胞快速增殖为主要特征)和近端炎症亚型(PI)三种。 各亚型有其特征RNA和蛋白生物标志物。 -终末呼吸单位(TRU)亚型：过表达人肺表面活性物质相关蛋白C（SFTPC）和甲状腺转录因子1（TTF1）。 -近端增殖亚型(PP)亚型：过表达胸腺嘧啶DNA糖基化酶（TDG）和谷胱甘肽过氧化物酶2（GPX2）。 -近端炎症亚型(PI)亚型：过表达CD163和血管细胞粘附蛋白1（VCAM1）。 同时整合RNA、蛋白和磷酸化蛋白数据，发现各亚型存在特征代谢通路。 -终末呼吸单位(TRU)型：蛋白分泌、脂肪合成、肌肉生成通路过表达。 -近端增殖亚型(PP)亚型：增殖相关通路过表达。 -近端炎症亚型(PI)亚型：炎性和γ-干扰素信号通路过表达。 三个亚型中特征驱动基因体细胞突变。 -近端增殖亚型(PP)亚型：STK11和KEAP1突变。 -终末呼吸单位(TRU)亚型：携带EGFR突变较多见。 -RNA转录组和蛋白表达分析，发现EGFR、KEAP1和STK11在各自的亚型中过表达。 三个亚型肿瘤突变负荷TMB存在特征差异。 与其他亚型相比，近端炎症亚型(PI)肿瘤突变负荷最高（中位数：PI亚型：27.8，PP亚型：13.3，TRU亚型：3.2，Kruskal-Wallisp<6e-6）。以临床常用的10个突变/Mb为临界值界定高TMB肿瘤的比例，在不同亚型之间也有显著差异（PI亚型：78%，PP亚型：67%，TRU亚型：23%）。 各亚型之间免疫细胞评分也显示出显著差异。 -近端炎症亚型(PI)和终末呼吸单位(TRU)亚型高于“免疫抑制性”近端增殖亚型(PP)，验证了早期的研究结论。 -近端增殖亚型(PP)的肿瘤纯度最高（p < 0.001）。其原因在于这些肿瘤中免疫细胞较少。 表达亚型与患者生存期显著相关。 -研究者们发现表达亚型与MFS显著相关。 -而基因组水平的体细胞变异特征亚型与OS或MFS不相关。 -66个生存相关RNA蛋白中，45个在不同亚型间差异表达，这表明存在共同的生物学特征。 肺腺癌各亚型多组学数据整合分析 为了识别RNA亚型的潜在治疗靶点，研究者们通过多组学数据关联分析，获得各亚型特异的蛋白基因组信息。 近端炎症亚型(PI)亚型 其特征是驱动γ-干扰素（IFN-γ）信号传导和炎症反应的分子相互作用。IFN-γ受体下游的PRKCD磷酸化多个靶点，包括STAT1的S727。STAT1转录、整体蛋白表达和转录因子活性的增加进一步支持了其在PI肿瘤中的激活。STAT1驱动免疫监测，HLA蛋白和CIITA RNA表达的增加，免疫抑制受体CD274（PD-L1）的RNA表达增强。PI亚型也显著高表达PD-L1蛋白。 肿瘤中CD4+ /CD8+ T细胞和调节性T细胞的CTLA4转录本的表达，在PI肿瘤中也增加。 考虑到免疫细胞浸润、高TMB和IFN-γ信号通路增强，加上PD-L1蛋白和CTLA4 RNA表达的增加，PI亚型可能是对免疫检查点抑制剂应答最好的肿瘤亚群。 终末呼吸单位(TRU)亚型 主要特征是EGFR信号通路的过度激活。 EGFR通过对ERK和PI3K-PDK1、以及下游RPS6KA1的激活，从而促进肿瘤细胞增殖、抑制凋亡。TRU亚型属于具有显著生长因子信号的肿瘤亚型，这些生长因子信号可能对EGFR抑制剂和针对这些信号通路的其他蛋白激酶的抑制剂(如PRKCE或RPS6KA1）最敏感。 近端增殖亚型(PP) 其特征是在免疫冷肿瘤微环境，细胞周期和糖酵解生物过程增强。 PP中几种增殖标志物相关蛋白表达增加，包括TOP2A、MKI67、IRS2和HDGF。30例近端增殖亚型(PP)中，26例存在STK11和/或KEAP1的体细胞变异，而EEF2和SMARCA4的改变也与近端增殖亚型(PP)显著相关。SMARCA4失活可与CDK4合成致死；因此，具有高CDK4活性的SMARCA4改变的近端增殖亚型(PP)肿瘤，可能对CDK4/6抑制剂治疗敏感。在近端增殖亚型(PP)中，代谢重编程也表现为糖酵解和谷氨酰胺分解相关蛋白的上调。大多数PP肿瘤不具有可靶向基因组变异，最近的研究表明靶向近端增殖亚型代谢的治疗靶点，STK11-KEAP1-KRAS突变体中谷氨酰胺酶抑制和硬脂酰去饱和酶（CoA）（SCD）抑制，存在上调。  ▲亚型的蛋白质基因组网络特征 前景与挑战 运用基于质谱的高通量蛋白质组学，联合基因组水平数据，对肺腺癌样本展开全面的多组学整合分析，不仅鉴定到了相关的标志物，还发现了新的精准治疗靶点，为未来癌症的临床诊断和治疗提供指导意义。 通过体细胞基因组特征分析，确定了不吸烟者高转换亚型、当前吸烟者的高颠换亚型，既往吸烟者的TP53变异和全基因组结构改变亚型。结构变异特征对于既往吸烟史的预防性筛查具有重要价值。 该研究检测并独立验证预测患者生存的RNA和蛋白质的表达特征。与RNA相比，蛋白表达与患者生存相关性更强。最后，综合分析表征得出了具有不同突变、蛋白质组调控网络和治疗靶点的三种表达亚型。这种蛋白基因组特征为肺腺癌的精准分子分型提供了基础。 参考资料 Soltis AR, Bateman NW, Liu J, et al. Proteogenomic analysis of lung adenocarcinoma reveals tumor heterogeneity, survival determinants, and therapeutically relevant pathways. Cell Rep Med. 2022 Nov 15;3(11):100819. doi: 10.1016/j.xcrm.2022.100819. PMID: 36384096. |
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