Cell：腎透明細(xì)胞癌的整合蛋白基因組學(xué)研究

姜依凡，郭 鵬 介評(píng)

(西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院泌尿外科，陜西西安 710061)

近日，來(lái)自美國(guó)國(guó)家癌癥研究所臨床蛋白質(zhì)組學(xué)腫瘤分析聯(lián)合會(huì)(Clinical Proteomic Tumor Analysis Consortium,CPTAC)的研究人員為腎透明細(xì)胞癌(clear cell renal cell carcinoma，ccRCC)開(kāi)發(fā)了多組學(xué)方法，該方法結(jié)合基因組學(xué)、表觀基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，定義了可能有助于患者分層治療的分子亞型[CLARK DJ,DHANASEKARAN SM,PETRALIA F,et al.Integrated proteogenomic characterization of clear cell renal cell carcinoma.Cell,2019,179(4):964-983,e31.]。

蛋白表達(dá)水平和信號(hào)通路的異常是腫瘤最常見(jiàn)的特征，近些年來(lái)的研究表明，相比于僅通過(guò)基因組分析，蛋白組和修飾組包含了更多基因無(wú)法識(shí)別的新信息，這一觀察引出了蛋白基因組學(xué)的概念，綜合多組學(xué)數(shù)據(jù)的分析能夠更全面的認(rèn)識(shí)腫瘤，也為腫瘤未來(lái)的精準(zhǔn)治療提供了新的思路和方向。

腎細(xì)胞癌(renal cell carcinoma,RCC)是世界十大常見(jiàn)的癌癥之一，其中75%為ccRCC并占據(jù)了RCC死亡的絕大部分，具有典型的Warburg表型。為了闡明驅(qū)動(dòng)ccRCC功能模塊失調(diào)的原因，CPTAC研究團(tuán)隊(duì)分析了103例未經(jīng)治療的ccRCC腫瘤樣本以及80個(gè)配對(duì)的癌旁正常組織樣本，使用質(zhì)譜法鑒定了總共11 355種蛋白質(zhì)和42 889種磷酸肽，其中所有樣品中定量了7 150種蛋白質(zhì)和20 976種磷酸肽，并將這些數(shù)據(jù)與全基因組測(cè)序、外顯子組測(cè)序、總RNA測(cè)序和DNA甲基化進(jìn)行結(jié)合分析。基因組分析確定了與基因組不穩(wěn)定性相關(guān)的獨(dú)特分子亞組，蛋白質(zhì)組學(xué)的整合識(shí)別了受基因組改變影響的細(xì)胞機(jī)制蛋白質(zhì)失調(diào)，包括氧化磷酸化相關(guān)的代謝、蛋白質(zhì)翻譯過(guò)程和磷酸化信號(hào)模塊。

RCC分子亞型：基于RCC腫瘤微環(huán)境的細(xì)胞組成分析，并結(jié)合轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)的基因表達(dá)富集特征和細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)分析，根據(jù)腫瘤免疫分型規(guī)則，CPTAC研究團(tuán)隊(duì)將ccRCC分為4個(gè)免疫分子亞型：①CD8+炎性；②CD8-炎性；③血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)免疫缺乏；④代謝性免疫缺乏。CD8+炎性腫瘤展現(xiàn)出CD8+T細(xì)胞浸潤(rùn)程度高，免疫逃逸標(biāo)記物PD1、PD-L1、PD-L2、CTLA4等基因表達(dá)上調(diào)，14號(hào)染色體缺失頻率較高等特征。CD8-炎性腫瘤展現(xiàn)出天然免疫反應(yīng)的特征，腫瘤微環(huán)境中樹(shù)突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞較多，補(bǔ)體和凝血級(jí)聯(lián)蛋白表達(dá)增加；并且，PDGFRA表達(dá)增加、細(xì)胞外基質(zhì)和上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)相關(guān)蛋白豐富及癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞基因表達(dá)等相關(guān)的“成纖維細(xì)胞簽名”是CD8-炎性亞型獨(dú)有的特征。VEGF免疫缺乏亞型與CD8-炎性有幾個(gè)共同特點(diǎn)：間質(zhì)評(píng)分增加、血管內(nèi)皮細(xì)胞富集、血管生成信號(hào)增加；而在VEGF免疫缺乏亞型中，觀察到SUMOyltation修飾增加(蛋白水平)，Wnt/β-catenin、RAP1、Notch信號(hào)通路上調(diào)(mRNA水平)等現(xiàn)象，與其“血管內(nèi)皮細(xì)胞簽名”表達(dá)水平最高一致。代謝性免疫缺乏亞型腫瘤中呈現(xiàn)低的免疫、間質(zhì)和微環(huán)境評(píng)分，MYC靶基因表達(dá)上調(diào)，mTOR信號(hào)增加，和獨(dú)特的代謝表現(xiàn)包括線(xiàn)粒體、氧化磷酸化和糖酵解蛋白增加。基于上述分子亞型對(duì)RCC患者癌癥基因組圖譜(the cancer genome atlas，TCGA)的預(yù)后進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，VEGF免疫缺乏亞型預(yù)后最好，而CD8+炎性亞型預(yù)后最差，表明這一分型系統(tǒng)可以有效預(yù)測(cè)RCC患者的預(yù)后，并暗示目前的靶向治療方法比較適用于VEGF免疫缺乏亞型(血管生成最明顯)，而其他亞型應(yīng)使用針對(duì)其他靶點(diǎn)的治療方式或免疫治療方法。

磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)分析激酶和底物調(diào)控途徑：磷酸化影響多個(gè)細(xì)胞過(guò)程，其位點(diǎn)的占據(jù)受到其各自底物上激酶和磷酸酶活性的嚴(yán)格控制。作者分析了80個(gè)腫瘤/癌旁配對(duì)組織之間差異化的磷酸化肽豐度，確定CDK1和MAPK1(ERK2)在大多數(shù)腫瘤中是2個(gè)排名最高的磷酸化底物。此外，對(duì)細(xì)胞周期調(diào)控網(wǎng)絡(luò)使用磷酸化底物進(jìn)行更加深入的分析，發(fā)現(xiàn)與細(xì)胞周期S期進(jìn)入/進(jìn)展(CDK7-MCM2)和G2/M檢查點(diǎn)(WEE1-CDK1)相關(guān)的磷酸化底物在大多數(shù)腫瘤中升高。在幾乎所有的腫瘤中表皮生長(zhǎng)因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)(MAPK的上游受體)的蛋白和磷酸化肽表達(dá)都上調(diào)，而VEGF受體則選擇性表達(dá)與激活。而且，作者根據(jù)增加的磷酸化位點(diǎn)占位推斷激活的信號(hào)通路，發(fā)現(xiàn)EGFR/VEGF的下游信號(hào)通路MAPK/ERK和AKT-mTOR在下游EIF4EBP1分子(一種重要的蛋白翻譯調(diào)控分子)匯合，這一信號(hào)通路冗余可能解釋臨床應(yīng)用的mTOR靶向抑制劑如依維莫司和坦羅莫斯為何療效有限：因?yàn)槟I癌細(xì)胞內(nèi)過(guò)度活化的MAPK/ERK信號(hào)仍能激活EIF4EBP1分子。這一結(jié)果暗示同時(shí)靶向mTOR和MAPK/ERK的聯(lián)合療法可能更有效。縱向分析所有腫瘤樣本中磷酸化肽豐度差異，研究人員鑒定出幾種磷酸化肽共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)，包括細(xì)胞周期和血管生成2個(gè)不依賴(lài)于整體蛋白質(zhì)組和轉(zhuǎn)錄組表型變化的模塊。總體上，這種磷酸化蛋白組學(xué)分析鑒定了多種在腫瘤中活化的信號(hào)通路(如CDK7-MCM2、WEE1-CDK1和MAPK/ERK)，為在目前美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)的靶向VEGF和mTOR療法之外擴(kuò)大治療選擇范圍提供了證據(jù)。

腫瘤分級(jí)與信號(hào)通路：腫瘤分級(jí)是ccRCC的重要預(yù)后指標(biāo)，通常和腫瘤的分期、大小有關(guān)。多組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)腫瘤分級(jí)與確切的信號(hào)通路相關(guān)。高級(jí)別腫瘤中，參與翻譯、mTOR信號(hào)、EMT等通路的基因在mRNA和蛋白水平均上調(diào)，其他細(xì)胞通路則在轉(zhuǎn)錄組和蛋白組出現(xiàn)非協(xié)同性上調(diào)，如細(xì)胞周期調(diào)控和DNA修復(fù)的mRNA增加，而氧化磷酸化和N-糖基化修飾的蛋白增加。低級(jí)別的腫瘤表現(xiàn)出受體激酶、RAS、MAPK、Notch、RAP1信號(hào)通路等在mRNA和蛋白的增加，同時(shí)上調(diào)轉(zhuǎn)錄相關(guān)過(guò)程的蛋白表達(dá)。不同級(jí)別腫瘤信號(hào)通路的差異反映了腫瘤的不同需求，如高級(jí)別腫瘤需要適應(yīng)基因組改變?cè)黾雍湍[瘤微環(huán)境的變化。

點(diǎn)評(píng)：總的來(lái)說(shuō)，本研究報(bào)道了利用基因組、表觀遺傳組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)等多種技術(shù)手段對(duì)ccRCC腫瘤進(jìn)行大規(guī)模基因-蛋白-修飾組學(xué)分析，解釋了基因組改變對(duì)功能的影響，發(fā)現(xiàn)很多單組學(xué)未能揭示的ccRCC重要特征，為從分子病理學(xué)角度精準(zhǔn)選擇治療方案提供了重要依據(jù)。