結(jié)直腸癌(CRC)是全球第四大致命性癌癥，每年有近90萬人死亡。衰老、不良的飲食和生活方式都會增加結(jié)直腸癌的風險。盡管治療手段不斷進步，但是對于CRC，特別是轉(zhuǎn)移性CRC的死亡率在癌癥中仍然很高。2020年11月9日，中國科學院上海生化細胞所吳家睿，曾嶸團隊及海軍醫(yī)科大學張衛(wèi)團隊合作在Cancer Cell上在線發(fā)表了題為“Integrated Omics of Metastatic Colorectal Cancer”的研究論文，該研究通過基因組、蛋白組、磷酸化蛋白組學多角度系統(tǒng)的分析了轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌的分子特征，為CRC的預后評估和個性化治療提供理論依據(jù)。

樣本策略

76例早期-非轉(zhuǎn)移性CRC和70例轉(zhuǎn)移性CRC患者的480個臨床組織：原發(fā)灶和轉(zhuǎn)移灶（T）、近端癌旁（P）和遠端正常組織（N）、遠處肝轉(zhuǎn)移組織（LM）外周血細胞（BC）；

技術策略

全外顯子測序、DIA蛋白組學、DIA磷酸化蛋白組學

技術路線

天津蛋白質(zhì)組學

實驗結(jié)果

多組學研究概述

該研究采用多組學方法對146例中國結(jié)直腸癌患者（CCRC）的不同組織部位進行分析。作者對330個樣本進行了全外顯子組測序（WES），并采用DIA技術得到了來自480個樣本的蛋白質(zhì)組和磷酸化蛋白組數(shù)據(jù)，共檢測到8450個蛋白和47786個磷酸化位點的定量結(jié)果。

中國CRC患者的突變特征

對146例患者組織樣本的基因組學檢測結(jié)果表明，常見的癌癥相關突變基因為APC(百分之65的突變頻率)、TP53(百分之64)和KRAS(百分之32)。接下來研究人員將我國CRC隊列（CCRC）與TCGA和MSK的CRC數(shù)據(jù)集進行比較，研究發(fā)現(xiàn)三個隊列臨床病理特征存在明顯差異，其中CCRC中CRC的發(fā)病率及轉(zhuǎn)移性CRC（mCRC）的比例很高.

圖1. CCRC的基因組突變圖譜

基于蛋白質(zhì)組學數(shù)據(jù)的亞型分類

作者對原發(fā)性腫瘤和對照組之間的2440個差異表達蛋白通過共識聚類共分成3種亞型（CC1、CC2和CC3）（圖2A）。CC1集中在RNA加工和DNA錯配修復（MMR）；CC2集中在細胞外基質(zhì)-受體整合、粘著斑和免疫相關途徑；CC3集中在DNA復制和代謝途徑激活。三種亞型具有不同的沒有復發(fā)生存率，與CC1和CC2亞型中的mCRC患者相比，CC3中的mCRC患者的沒有復發(fā)存活的概率很低（P = 0.004；圖2C）。相比之下，非mCRC患者在三個亞型中沒有顯著的復發(fā)存活差異。

圖2. CCRC的蛋白質(zhì)組學亞型和每個亞型的臨床意義

磷酸化蛋白質(zhì)組圖譜鑒別mCRC與非mCRC

基于磷酸化蛋白組數(shù)據(jù)，在原發(fā)性腫瘤和對照組中共鑒定到1487個差異磷酸化位點。對其進行共識聚類，將其分成6個磷酸化蛋白質(zhì)亞型(圖3A、3B)。其中SC1、SC3和SC5富含mCRC患者，而SC2、SC4和SC6富含非mCRC患者。功能富集分析發(fā)現(xiàn)在SC1、SC3和SC5中高表達的磷酸化蛋白在粘附相關通路中顯著富集(圖3C)。而SC2、SC4和SC6中上調(diào)的磷酸化蛋白在ERBB2信號轉(zhuǎn)導、子宮內(nèi)膜癌、抗原加工和提呈以及FcγR介導的吞噬途徑中顯著富集(圖3C)?；赑hosphoSitePlus數(shù)據(jù)庫的激酶-底物關系，研究發(fā)現(xiàn)在SC1、SC3和SC5中，激酶和磷酸化位點之間大多呈負相關，而在SC2和SC4中，正相關較多(圖3D)。

圖3. CCRC中的磷酸蛋白質(zhì)組圖譜

磷酸化蛋白質(zhì)組學為mCRC提供可用藥靶點

對于具有可量化蛋白水平和臨床可操作藥物的激酶，作者分析了42對mCRC的N-T或N-LM組織中相應的磷酸底物豐度(圖4B和4C)，共發(fā)現(xiàn)了251對激酶-磷酸底物。我們觀察到mCRC患者不同組織和蛋白質(zhì)亞型中磷酸底物和激酶的高度異質(zhì)性(圖4B)。接下來，根據(jù)每兩對激酶-磷酸底物之間的皮爾遜相關系數(shù)，構(gòu)建了每種蛋白質(zhì)亞型中原發(fā)和轉(zhuǎn)移腫瘤的激酶-底物網(wǎng)絡(圖4C)。

圖4. 磷酸底物與相關激酶的富集

為了進一步探索mCRC患者的藥物反應潛力，研究人員在31個miniPDX模型上進行了三種激酶克制劑(阿法替尼、吉非替尼和雷戈拉非尼)的藥理學測試，其中包括9對原發(fā)轉(zhuǎn)移腫瘤和13例其他原發(fā)腫瘤。通過腫瘤細胞生長克制(TCGI，百分比)來測量每種腫瘤對每種藥物的藥物反應效果，發(fā)現(xiàn)來自同一個體的原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性腫瘤對相同藥物可能表現(xiàn)出不同的反應(圖7B)。此外研究人員還根據(jù)1696個邊緣強度特征構(gòu)建了彈性網(wǎng)絡回歸模型，用于預測藥物反應。這些結(jié)果表明，激酶-磷酸底物網(wǎng)絡在預測mCRC患者的藥物敏感性方面具有很強的潛力。

圖5. 激酶-底物網(wǎng)絡分析和miniPDX藥物測試

總結(jié)

該研究專注于mCRC的多組學數(shù)據(jù)并提供了原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性腫瘤的全球特征圖譜?；趯D(zhuǎn)移性腫瘤和原發(fā)性腫瘤在蛋白質(zhì)組和磷酸化蛋白質(zhì)組圖譜上的差異的觀察，作者發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡分析結(jié)合蛋白質(zhì)組學和磷酸化蛋白質(zhì)組學數(shù)據(jù)可以準確地反映藥物反應。這些結(jié)果強烈表明，在選擇IV期患者的治療方案時，應考慮原發(fā)灶和轉(zhuǎn)移灶組織中的蛋白質(zhì)組/磷酸化蛋白質(zhì)組圖譜，以便采取有效的個體化治療策略。