高級別成人彌漫性膠質(zhì)瘤是一種惡性神經(jīng)上皮腫瘤，綜合放化療存活率較低。世衛(wèi)組織目前的分類是基于IDH1/2突變和1p/19q共缺失狀態(tài)。膠質(zhì)瘤蛋白質(zhì)組的改變?nèi)匀粵]有得到充分的描述，盡管它們有望獲得更好的患者分子分層和治療靶點識別。2023年01月17號，來自德國馬克斯.普朗克生物化學(xué)研究所的Matthias Mann研究團隊在Cell Reports Medicine（IF：16.988）雜志上在線發(fā)表了題為“Proteomics separates adult-type diffuse high-grade gliomas in metabolic subgroups independent of 1p/19q codeletion and across IDH mutational status”的研究論文。該研究基于蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)對來自IDH野生型(IDHwt)膠質(zhì)瘤、IDH突變型(IDHmut)膠質(zhì)瘤以及非腫瘤對照組的共42個FFPE樣本進行了分析。確定了IDHmut膠質(zhì)瘤的不同蛋白質(zhì)組亞型，對IDHmut膠質(zhì)瘤患者具有潛在的治療意義。

研究背景

成人腦膠質(zhì)瘤約占惡性原發(fā)腦腫瘤的80%，成人彌漫性膠質(zhì)瘤根據(jù)組織形態(tài)和分子特征進行分類，包括異檸檬酸脫氫酶(IDH)突變和1p/19q密碼子缺失，并根據(jù)臨床生物學(xué)行為分級(WHO分級2至4)。成人彌漫性膠質(zhì)瘤包括星形細胞瘤，IDH突變型(IDHmut)，少突膠質(zhì)細胞瘤，IDHmut和1p/19q基因共缺失，以及膠質(zhì)母細胞瘤，IDHwt。大多數(shù)IDHwt膠質(zhì)母細胞瘤患者在確診后15-18個月內(nèi)死亡，治療后5年生存率不超過10%，盡管在?CNS?腫瘤實體的生物學(xué)亞分類方面取得了一定進展，但近年來還沒有在高級別膠質(zhì)瘤的腫瘤治療方面取得重大突破。因此，改進神經(jīng)膠質(zhì)瘤的分類和確定未來治療的潛在靶點仍然是一個未滿足的需求。

研究思路

研究結(jié)果

IDHwt/IDHmut膠質(zhì)瘤蛋白質(zhì)組差異

蛋白組學(xué)分析共獲得5,724種蛋白質(zhì)和5,212個高置信度磷酸位點。通過無偏聚類和主成分分析評估了腫瘤蛋白質(zhì)組的分子關(guān)系，并將主要蛋白質(zhì)組差異與生物學(xué)途徑聯(lián)系起來(圖1B-1D)。IDHwt蛋白質(zhì)組富含與炎癥相關(guān)的蛋白質(zhì)，MCM復(fù)合DNA聚合酶，富含整合素、膠原和層粘連蛋白的“基底膜樣”細胞外基質(zhì)(ECM)，低透明質(zhì)酸，與膠質(zhì)瘤惡性程度增加有關(guān)(圖1C-1E)。與IDHwt膠質(zhì)瘤更具侵襲性的表型一致，許多IDHwt中高豐度的離群蛋白是癌癥的驅(qū)動因素，其中幾個與侵襲有關(guān)。與IDHmut相關(guān)的異常蛋白包括在IDHwt中下調(diào)的腫瘤抑制基因(圖1E)。值得注意的是，這些抑癌基因包括組蛋白H1F0和H2AFY2，它們都維持了表觀遺傳的分化輪廓，并通過不同的機制抑制向增殖干細胞狀態(tài)的恢復(fù)。IDHmut膠質(zhì)瘤可重復(fù)地分為兩個不同的簇，稱為HGG-IDHmut-A和HGIDHmut-B。HGG-IDHmut-A與CNS CtrlS更相似(圖1B和1C)。HGG-IDHmut-B與IDHwt膠質(zhì)瘤關(guān)系最密切。

HGG-IDHmut-A/B分層與腫瘤驅(qū)動基因的差異表達有關(guān)

幾個已知的癌癥驅(qū)動因素在HGG-IDHmut-B中富集程度高于HGG-IDHmut-A(圖2)。HGG-IDHmut-B最顯著的異常值是CCAR1，相關(guān)的CCAR2的異常值不是很明顯。這兩種蛋白質(zhì)在癌癥中扮演著復(fù)雜的角色，包括膠質(zhì)瘤。與CCAR1最相關(guān)的蛋白質(zhì)是剪接因子SRSF1。其相關(guān)蛋白SRSF5通過 CCAR1的可變剪接在葡萄糖的高可用性下促進肺癌。研究顯示，SRSF5被隨機量化，而SRSF1、2、3、4、6、7、10和11在HGG-IDHmut-B中比HGG-IDHmut-A 富集程度更高。

HGG-IDHmut-A/B分層與不同的代謝譜相關(guān)

呼吸鏈復(fù)合體和三羧酸(TCA)循環(huán)蛋白在IDHwt和HGG-IDHmut-B中表現(xiàn)出低豐度(圖3A、3B)。有趣的是，呼吸鏈復(fù)合體I的輕微功能障礙在HGG-IDHmut-B中最低，并且可以通過產(chǎn)生活性氧(ROS)來促進癌癥。值得注意的是，IDH1是HGG-IDHmut-B中唯一豐度略升高的TCA蛋白。相反，TCA蛋白氧化戊二酸脫氫酶L顯著降低，這可能與其腫瘤抑制功能有關(guān)。關(guān)于糖酵解，HGG-IDHmut-B再次表現(xiàn)出與IDHwt相似的蛋白組和磷酸化特征（圖3C）。特別是，己糖激酶1在HGG-IDHmut-B和IDHwt中的豐度較低。己糖激酶1的下調(diào)促進糖酵解并在幾種人癌細胞系中誘導(dǎo)EMT，并在異種移植模型中增加惡性腫瘤?？傊琀GG-IDHmut-B表現(xiàn)出糖酵解活性增加的分子特征，HGG-IDHmut-A表現(xiàn)出氧化磷酸化增加的分子特征，與1p/19q共缺失無關(guān)。

與1p/19q共缺失相比，基于蛋白質(zhì)組的亞分層與注釋的腫瘤抑制基因和驅(qū)動因素的圖譜更相關(guān)

接下來，作者檢查了膠質(zhì)瘤實體中腫瘤抑制因子和癌蛋白的概況。主成分分析分離了IDHwt、HGG-IDHmut-A和HGG-IDHmut-B樣本，但沒有分離出1p/19q共缺失狀態(tài)（圖4A）。HGG-IDHmut-B特征在很大程度上與IDHwt相似，而1p/19q共缺失狀態(tài)幾乎沒有統(tǒng)計學(xué)上的顯著差異（圖4B）。IDHwt和HGG-IDHmut-B樣本表現(xiàn)出RAS通路蛋白的下調(diào)，這與之前關(guān)于膠質(zhì)母細胞瘤的報道一致（圖?4B）。相反，幾種原癌基因在IDHwt和HGG-IDHmut-B中升高（圖4B)。對于一些受調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)，腫瘤發(fā)生背景下的功能尚不清楚。HGG-IDHmut-B和HGG-IDHmut-A表現(xiàn)出腫瘤抑制因子和癌蛋白磷酸化位點豐度的顯著變化（圖?4C）。例如，與HGG-IDHmut-A相比，細胞周期蛋白依賴性激酶CDK11B上的pT595位點在HGGIDHmut-B和IDHwt中都很豐富，與總蛋白水平無關(guān)（圖?4C）。這表明CDK11B活性升高是由于與CDK1中激活的?pT161位點同源，與細胞周期進程相關(guān)并在各種癌癥中發(fā)生了改變。這突出了HGG-IDHmut-A和HGGIDHmut-B的信號差異對癌癥至關(guān)重要。

HGG-IDHmut-A/B在不同研究中的差異明顯

為了進一步驗證更大的多組學(xué)神經(jīng)膠質(zhì)瘤數(shù)據(jù)集中的這種分層，作者整合了三項最近的蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)集。與該研究高度一致的是，參與糖酵解、TCA循環(huán)、氧化磷酸化等代謝相關(guān)蛋白在其他三項研究中的定量一致性很高（圖?5A-5D）。在多組學(xué)數(shù)據(jù)集中，HGG-IDHmut-A（高氧化磷酸化）神經(jīng)膠質(zhì)瘤亞組對應(yīng)于原神經(jīng)樣?(nmf1)?亞組（圖?5A）。HGG-IDHmut-B（低氧化磷酸化）亞組與經(jīng)典樣?(nmf3)?膠質(zhì)瘤亞組相關(guān)性最強，但也與間充質(zhì)樣?(nmf2)?亞組相關(guān)（圖?5A）?？偠灾撗芯勘砻鱅DHmut神經(jīng)膠質(zhì)瘤可以分為兩種蛋白質(zhì)組學(xué)亞型，它們具有不同的能量代謝，總體差異比由1p/19q編碼缺失引起的差異更大。

總結(jié)

該研究用MS表征了FFPE樣品中成人型彌漫性高級別（WHO3級和4級）膠質(zhì)瘤的蛋白質(zhì)組和磷酸化蛋白質(zhì)組。確定了IDHmut膠質(zhì)瘤的兩種蛋白質(zhì)組亞型，包括有氧/厭氧能量代謝。并使用三個獨立的膠質(zhì)瘤蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)集進行驗證，確認了這些亞組，并將?IDHmut亞型與IDHwt膠質(zhì)瘤中已建立的原神經(jīng)和經(jīng)典/間充質(zhì)亞型聯(lián)系起來。總之，該研究強調(diào)了代謝分層對神經(jīng)膠質(zhì)瘤精準醫(yī)學(xué)的前景，以及蛋白質(zhì)組學(xué)在發(fā)現(xiàn)神經(jīng)膠質(zhì)瘤這種分層方面的能力。該研究將使得IDHmut膠質(zhì)瘤患者受益，在未來有助于獲得蛋白質(zhì)組/代謝定向療法。