在東亞地區(qū)，尤其是在女性當(dāng)中，未吸煙者的肺癌發(fā)病率是一個(gè)嚴(yán)重的健康問題。同時(shí)，早期發(fā)病是東亞地區(qū)肺腺癌（LUAD）的顯著特征，尤其是對于從未吸煙者。遺傳因素和環(huán)境致癌物暴露可能是導(dǎo)致這些人群差異的危險(xiǎn)因素，然而，非吸煙相關(guān)的病因和致癌作用仍知之甚少。為了精確治療，早期發(fā)現(xiàn)和預(yù)防可能會(huì)為患者帶來更好的治療方案。

本篇為來自臺灣大學(xué)的Chen-Yu?Ju、臺灣中央研究院Pan-Chyr?Yang等團(tuán)隊(duì)合作的題為“Proteogenomics?of? Non-smoking? ??Lung? Cancer? in? East? Asia? ?Delineates? Molecular? Signatures? of? Pathogenesis? and? Progression”的研究成果，運(yùn)用蛋白基因組學(xué)針對中國臺灣收集的代表早期、女性為主、非吸煙的東亞肺癌臨床樣本展開研究。通過全外顯子、轉(zhuǎn)錄組、蛋白組、磷酸化修飾組學(xué)等技術(shù)揭示了肺癌早期的臨床特征和發(fā)展過程中的分子標(biāo)志物，并且其中蛋白組層面的分型能夠識別出攜帶EGFR突變的早期患者的特征。該研究對于早期非吸煙的患者診治具有重要的臨床意義。

研究成果

1. 東亞肺腺癌的蛋白質(zhì)組學(xué)景觀凸顯了人口統(tǒng)計(jì)學(xué)差異和進(jìn)展標(biāo)志；

2. 基因組改變對LUAD蛋白質(zhì)組的影響；

3. 與內(nèi)源性和環(huán)境突變和蛋白基因組學(xué)影響相關(guān)的突變概況；

4. 蛋白質(zhì)組亞型展現(xiàn)了早期肺腺癌的異質(zhì)性。

下面主要介紹研究成果的前兩點(diǎn)：

一、基因突變情況

1. 大多數(shù)患者發(fā)生EGFR突變(85%)，其次是TP53(33%)和RBM10(20%)突變，這些也是能預(yù)期的突變基因。胞嘧啶對胸腺嘧啶(C->T)轉(zhuǎn)變在臺灣隊(duì)列中最常見，吸煙相關(guān)的胞嘧啶轉(zhuǎn)變?yōu)橄汆堰?C->A)在TCGA隊(duì)列中最常見。

   
   

圖1 |?TW隊(duì)列中常見癌癥基因突變頻譜和單核苷酸變異體（SNV）的百分比

2.需要注意的是RBM10和EGFR-L858R突變在女性中更加頻繁，而KRAS、PDS5B和APC在男性中更容易發(fā)生突變。KRAS和ATM是歷史吸煙患者的顯著突變。RBM10突變在60歲以上女性中更為普遍。與其他隊(duì)列比較，EGFR和RBM10以及兩個(gè)細(xì)胞周期相關(guān)基因（CDC27和RB1）在本隊(duì)列中具有更高的突變頻率，而TP53、KRAS和KEAP1的突變在其他研究中更為普遍。

圖2 | TW LUAD隊(duì)列的基因組景觀

結(jié)論：鑒定了東亞人群非吸煙肺腺癌患者的主要突變基因及其特征，與先前的研究（包括吸煙者）存在顯著差異。在不吸煙的人群中，排名最高的基因的突變頻率也明顯不同，這表明臺灣和TCGA LUAD人群之間的驅(qū)動(dòng)因素顯著不相同。

二、腫瘤的轉(zhuǎn)錄、蛋白、磷酸化的分子表達(dá)特征，及腫瘤發(fā)展過程中的動(dòng)態(tài)演進(jìn)

1. 轉(zhuǎn)錄-蛋白相關(guān)性分析

（1）主成分分析（PCA）顯示：在RNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平上，腫瘤和正常組織均清晰分離；與正常組織相比，腫瘤的變異更大；

（2）相關(guān)性分析表明：mRNA與蛋白在樣本維度的Spearman相關(guān)性中值為0.31，基因表達(dá)維度的Spearman相關(guān)性中值為0.14；僅22％的蛋白質(zhì)顯示與同源RNA的顯著正相關(guān)；

圖3 | LUAD患者的蛋白質(zhì)和RNA表達(dá)的主成分分析（PCA）

（3）通路功能方面：蛋白與mRNA具有一定的通路相關(guān)性，但在基礎(chǔ)細(xì)胞功能方面的相關(guān)性較低；DNA復(fù)制、糖酵解、谷胱甘肽代謝和免疫相關(guān)途徑在mRNA水平上調(diào)；在蛋白質(zhì)水平上DNA修復(fù)、蛋白質(zhì)加工和運(yùn)輸途徑以及細(xì)胞粘附相關(guān)途徑的下調(diào)更為明顯。

圖4 |?山巒圖顯示mRNA和蛋白的通路相關(guān)性以及蛋白水平通路差異

2.NSCLC相關(guān)通路的蛋白-磷酸化調(diào)控分析

大多數(shù)蛋白質(zhì)及其磷酸化位點(diǎn)受到差異調(diào)控，一些蛋白的表達(dá)水平下調(diào)，但磷酸化修飾水平卻上調(diào)。Raf/MEK/ERK軸上的磷酸化位點(diǎn)在患者間表現(xiàn)出很高的異質(zhì)性，這表明MAPK通路的調(diào)節(jié)因患者而異，非小細(xì)胞肺癌途徑中的磷酸化改變，餅圖顯示相應(yīng)蛋白質(zhì)上調(diào)或下調(diào)的患者百分比。

圖5 | 蛋白質(zhì)組學(xué)關(guān)系

3. 腫瘤進(jìn)展的分子動(dòng)態(tài)

為了研究腫瘤進(jìn)展的動(dòng)態(tài)過程，按照將患者分為三個(gè)不同的分期組：IA期、IB期和RII期，并使用方差分析在蛋白質(zhì)和RNA水平進(jìn)行差異表達(dá)分析 ，并采用k-均值聚類進(jìn)一步將差異表達(dá)的蛋白質(zhì)和RNA分成兩個(gè)簇 。對階段性上調(diào)或下調(diào)的簇進(jìn)行GO功能富集分析。

圖6 |?蛋白?RNA腫瘤分期折線圖

結(jié)論：組織細(xì)胞向更晚期癌癥階段的轉(zhuǎn)化的特征是：復(fù)制過程中RNA到蛋白質(zhì)的整體活化，以及參與質(zhì)膜信號傳導(dǎo)和通訊的蛋白質(zhì)組學(xué)成分的負(fù)調(diào)控。蛋白質(zhì)組學(xué)和RNA特征代表了腫瘤發(fā)展過程中發(fā)生的生物過程重塑特點(diǎn)，多組學(xué)整合對于識別腫瘤進(jìn)展非常重要。

三、LUAD的蛋白基因組分析與基因突變與mRNA/蛋白/磷酸化的表達(dá)關(guān)聯(lián)

1.在蛋白水平上的突變

作者描述了隊(duì)列中基因組畸變導(dǎo)致的轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組改變，共鑒定了對應(yīng)于319種蛋白質(zhì)的337種突變肽。

（1）其中驅(qū)動(dòng)基因15個(gè)，包括：TP53BP1D358E、RNF213E1272Q、D1331G和KRASG12C等；

（2）RBM10的截短突變對RNA和蛋白質(zhì)的表達(dá)水平有負(fù)調(diào)控作用，而KRAS、LABM1和PIK3CA錯(cuò)義突變僅與蛋白表達(dá)水平增加相關(guān)。

圖7 | 熱圖顯示突變對其編碼的RNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平的直接影響

2.EGFR突變與MAPK活性變化

（1）EGFR的突變(L858R and Del19)對蛋白表達(dá)水平的作用不一，但與蛋白磷酸化水平增加有關(guān)。EGFR pY1197與MAP2K2-pT394、MAPK3-pT198/pT202表達(dá)一致，進(jìn)而與pMAPK1及其他下游信號通路相關(guān)磷酸化蛋白水平有關(guān)；

（2）即使在EGFR野生型中，也存在一定程度的MAPK活性；

（3）在EGFR野生型病例中，KRAS突變者表現(xiàn)出高M(jìn)APK活性；

（4）在腫瘤轉(zhuǎn)移期，MAPK表現(xiàn)出低活性。

圖8 |?磷酸化位點(diǎn)差異熱圖

3.TP53突變：TP53基因座是eQTL和pQTL熱點(diǎn)區(qū)域

通過定量性狀基因座（QTL）分析確定體細(xì)胞突變在RNA和蛋白質(zhì)水平上的間接影響，共鑒定出359個(gè)變體RNA和87個(gè)變體蛋白相互作用。

（1）TP53突變與細(xì)胞周期基因有強(qiáng)正相關(guān)，其中包括來自微染色體維持復(fù)合物（MCM）和TOP2A的6個(gè)亞基，提示TP53-TOP2A可能具有協(xié)同致死效應(yīng)；

（2）TP53突變與KIT致癌基因負(fù)相關(guān)；

（3）TP53與參與DNA縮合和重組的蛋白質(zhì)和DNA損傷蛋白的較高磷酸化呈正相關(guān)。

圖9 | 突變對LUAD蛋白質(zhì)組和磷酸化蛋白質(zhì)組的影響

結(jié)論：

進(jìn)一步揭示了基因組特征如何協(xié)調(diào)LUAD中的蛋白質(zhì)組和磷酸蛋白質(zhì)組。研究結(jié)果顯示MAPK級聯(lián)內(nèi)的蛋白質(zhì)磷酸化協(xié)同作用由EGFR和KRAS突變正調(diào)控，并且與腫瘤分期和TP53突變負(fù)相關(guān)。TP53突變與細(xì)胞周期基因、參與DNA調(diào)控和DNA損傷反應(yīng)的磷酸蛋白呈正相關(guān)，這與已知的合成致死相互作用是一致的。

總結(jié)

東亞肺癌的特點(diǎn)是不吸煙者比例高，發(fā)病早，且以EGFR突變?yōu)橹鳌榱岁U明這類人群上截然不同疾病的分子表型，該研究對臺灣地區(qū)收集的前瞻性隊(duì)列進(jìn)行了深入而全面的蛋白質(zhì)基因組學(xué)研究，該隊(duì)列代表早期的、以女性為主的非吸煙肺腺癌。綜合基因組、蛋白質(zhì)組和磷酸化蛋白質(zhì)組分析描繪了不同人群的分子屬性和腫瘤進(jìn)展的標(biāo)志。蛋白質(zhì)組學(xué)信息分類區(qū)分了早期EGFR突變患者的臨床特征，這種多組學(xué)分子特征可能有助于制定早期不吸煙肺腺癌的治療策略。

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