文章標(biāo)題：Proteogenomic Landscape of Breast Cancer Tumorigenesis and Targeted Therapy

發(fā)表期刊：Cell（2022年影響因子/JCR分區(qū)：66.850/Q1）

發(fā)表時(shí)間：2020年11月

研究背景

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一，它是一種高度異質(zhì)性疾病，現(xiàn)在針對(duì)亞型治療的精準(zhǔn)治療方法多樣，常將靶向DNA修復(fù)缺陷、激活的蛋白激酶、雌激素受體（ER）和腫瘤微環(huán)境中免疫反應(yīng)等方法進(jìn)行聯(lián)合。但是這些方法的聯(lián)合依賴于我們對(duì)腫瘤敏感性的判斷，乳腺癌的異質(zhì)性在很大程度上限制了患者的個(gè)體化治療。目前，蛋白質(zhì)基因組學(xué)已被廣泛應(yīng)用到腫瘤分析中，下一代DNA和RNA大規(guī)模測(cè)序及基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學(xué)相結(jié)合的方案，有利于對(duì)腫瘤形成及其靶點(diǎn)治療進(jìn)行更全面的分析。同時(shí)，利用蛋白質(zhì)基因組學(xué)有助于乳腺癌準(zhǔn)確分型，在乳腺癌臨床研究中具有巨大的潛力。

研究思路

采集122例未治療原發(fā)性乳腺癌組織樣本進(jìn)行多組學(xué)研究（包括DNA測(cè)序、mRNA測(cè)序、TMT蛋白質(zhì)組學(xué)、磷酸化修飾蛋白質(zhì)組學(xué)和乙?；揎椀鞍踪|(zhì)組學(xué)），全面解析了乳腺癌發(fā)生機(jī)制及其靶向治療分子特征。首次分析了乳腺癌乙?；揎椥盘?hào)，揭示蛋白質(zhì)基因組學(xué)可用于更精準(zhǔn)地鑒定乳腺癌的靶向途徑和生物學(xué)特征。

結(jié)果速遞

01乳腺癌蛋白基因組學(xué)特征總體描述

在整個(gè)數(shù)據(jù)集中，經(jīng)適當(dāng)?shù)倪^濾后共鑒定出29647個(gè)體細(xì)胞突變、23692個(gè)基因水平的拷貝數(shù)變異，23121個(gè)基因轉(zhuǎn)錄本、10107個(gè)蛋白、38968個(gè)磷酸化位點(diǎn)和9869個(gè)乙酰化位點(diǎn)。

作者使用非負(fù)矩陣分解(NMF)對(duì)SCNA、mRNA、蛋白質(zhì)以及修飾位點(diǎn)豐度進(jìn)行聚類分析，定義出4個(gè)NMF簇，分別是NMF LumA-I、NMF Basal-I、NMF LumB-I和NMF Her2-I。其中NMF LumA-I、NMF Basal-I和傳統(tǒng)的腫瘤分類方法PAM50所判定的較為一致，而NMF LumB-I和NMF Her2-I則與PAM50亞型分類具有不一致，NMF LumB-1還包含部分PAM50 LumA樣本。PAM50作為一種用于臨床的簡化分類方法，對(duì)LumA和LumB的生物差異性無法全部鑒定。

02高度磷酸化的靶向蛋白激酶的亞型特異性表達(dá)

在乳腺癌亞型中有一些被稱為激酶的靶向酶，它們具有較高的磷酸化程度，這些激酶是亞型特異性治療的候選藥物。對(duì)磷酸化蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以鑒定出每種NMF亞型中假定的治療靶點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)之前研究中PAM50亞型所觀察到富集的激酶在這個(gè)數(shù)據(jù)集的NMF亞型中也能觀察到，包括NMF Basal-I亞型中PRKDC、MAP4K4和SPEG；NMF HER2-I樣本中的ERBB2和CDK12；以及NMF-LumA-I樣本中的DCLK1。

同時(shí)，利用BlackSheep方法可將磷酸化激酶異常值與反復(fù)出現(xiàn)的體細(xì)胞突變相關(guān)聯(lián)。前人研究發(fā)現(xiàn)，在ARID1A突變病例中，TRAF2 和NCK結(jié)合激酶（TNIK）磷酸化水平升高，由于TNIK在WNT通路中發(fā)揮作用，故其是一種潛在的治療靶點(diǎn)。

03蛋白質(zhì)基因組代謝譜和乙酰蛋白質(zhì)組學(xué)強(qiáng)調(diào)亞型特異性代謝

在蛋白質(zhì)組水平對(duì)腫瘤代謝特征進(jìn)行分析，將差異性表達(dá)的代謝相關(guān)蛋白進(jìn)行無偏差聚類，分成4個(gè)簇的存在，且其很好地反映4種NMF簇的特征。

研究表明，蛋白乙?；揎椗c代謝密切相關(guān)。進(jìn)一步整合乙酰化修飾組數(shù)據(jù)與NMF亞型分析 發(fā)現(xiàn) NMF Basal-I 簇中 TCA 循環(huán)和 β- 氧化蛋白的乙?；?Ac ）上調(diào)，而 NMF LumB-I 簇中葡萄糖代謝和 IL-1 信號(hào)相關(guān)蛋白的乙酰化上調(diào)。 Ac 水平在細(xì)胞不同部位也有不同的分布。與 LumB-I 相比，大多數(shù)差異性表達(dá)的線粒體 Ac 位點(diǎn)在 NMF Basal-I 上調(diào)， 2/3 的差異性表達(dá)的胞質(zhì) Ac 位點(diǎn)下調(diào)，這意味著 NMF Basal-I 亞型中 Ac 在細(xì)胞內(nèi)不同部位具有特異性調(diào)節(jié)。細(xì)胞質(zhì)和線粒體代謝途徑在 NMF Basal-I 和 LumB-I 亞型之間存在差異調(diào)節(jié)?？截悢?shù)與 NMF Basal-I 型腫瘤中的代謝酶表達(dá)相關(guān)，但在其他亞型中不相關(guān)，這表明糖酵解和絲氨酸合成途徑的激活可能是由 NMF Basal-I 亞型的染色體畸變所驅(qū)動(dòng)的。對(duì)代謝蛋白 Ac 潛在調(diào)節(jié)因子的無偏見搜索發(fā)現(xiàn)，線粒體脫乙酰酶 SIRT3 的蛋白水平與線粒體蛋白的 Ac 之間存在顯著的負(fù)相關(guān)，表明解除 SIRT3 蛋白表達(dá)的調(diào)控可能廣泛地影響 BRCA 中的線粒體 Ac 。

04ERBB2+BRCA的蛋白質(zhì)基因組學(xué)分析

對(duì)接受抗ERBB2抗體治療的ERBB2+ BRCA患者的乳腺癌活檢標(biāo)本進(jìn)行了蛋白質(zhì)基因組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)除了ERBB2擴(kuò)增且蛋白上升的腫瘤，還存在缺乏ERBB2擴(kuò)增的腫瘤和“假ERBB2+”腫瘤（即有ERBB2擴(kuò)增，但蛋白水平較低）。15個(gè)ERBB2 PG+樣本中只有7個(gè)通過PAM50分型被歸為HER2E，而另外7個(gè)HER2E樣本不是ERBB2 PG+。而將ERBB2陽性和HER2分類進(jìn)行相關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)所有PAM50 HER2E/ERBB2 PG+（PG+是蛋白質(zhì)基因組學(xué)陽性）樣本都具有高水平的ERBB2磷酸化，而PAM50 HER2E/ERBB2 PG-樣本具有顯著較低的ERBB2磷酸化，但其他ERBB家族成員以及MAPK信號(hào)通路的磷酸化水平上調(diào)。這表明，在沒有ERBB2擴(kuò)增的PAM50 HER2E腫瘤中可以靶向ERBB信號(hào)的替代驅(qū)動(dòng)因子。

利用蛋白基因組數(shù)據(jù)（PG）對(duì) ERBB2+ 分類，結(jié)果與 ASCO-CAP 指南一致。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在ERBB2蛋白低表達(dá)的假性 ERBB2+ 樣本中，TOP2A 擴(kuò)增和蛋白高表達(dá)。

05腫瘤免疫微環(huán)境(ITME)的分析

利用基于RNA的免疫細(xì)胞去卷積特征和免疫調(diào)節(jié)因子的蛋白質(zhì)水平特征定義出四種BRCA亞型的免疫相關(guān)特征。發(fā)現(xiàn) CD3 抗體 IHC 鑒定的激活免疫微環(huán)境與免疫蛋白特征或 RNA-seq 免疫微環(huán)境水平一致。CD3+ T細(xì)胞的浸潤代表著有活躍的免疫腫瘤微環(huán)境（I-TME）。與其他亞型相比，PAM50 LumA 中效應(yīng)記憶 CD4+ 和活化的 CD4+ 和 CD8+ 特征水平較低；IFNG 和 APM1 蛋白質(zhì)水平較低；基質(zhì)細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、肥大細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和中性粒細(xì)胞特征較低。說明獲得性免疫應(yīng)答現(xiàn)象普遍存在于其他亞型。分析發(fā)現(xiàn)獲得性免疫反應(yīng)的特征在LumA中通常不被激活，而其他PAM50亞型，包括LumB，表現(xiàn)出與獲得性免疫激活一致的特征，表明具有活躍的I-TME的luminal腫瘤可以考慮進(jìn)行免疫治療。

06Luminal 乳腺癌免疫微環(huán)境特征

為了識(shí)別常見BRCA亞型的潛在免疫原性驅(qū)動(dòng)因素，分析 PD-L1 mRNA 與蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)相關(guān)性，發(fā)現(xiàn) APOBEC3G與PD-L1、CIBERSORT免疫分?jǐn)?shù)和APOBEC 突變特征正相關(guān)。對(duì)全外顯子組數(shù)據(jù)應(yīng)用APOBEC嚴(yán)格過濾，ER+ Luminal 樣本具有 APOBEC 突變特征和更高的突變負(fù)荷，且APOBECB 高表達(dá)。說明由 APOBEC 導(dǎo)致的突變有助于激活 ER+ 乳腺癌的免疫微環(huán)境，并與 PD-L1 mRNA 表達(dá)相關(guān)。NER 蛋白表達(dá)與PD-L1 mRNA 表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，而且NER 蛋白低表達(dá)導(dǎo)致ER+ 乳腺癌患者產(chǎn)生內(nèi)分泌治療抵抗。所有SSBR通路（NER、BER和MMR）與CIBERSORT 免疫分?jǐn)?shù)負(fù)相關(guān)，說明在Luminal 乳腺癌中，低表達(dá)的SSBR 蛋白水平與免疫微環(huán)境激活相關(guān)。磷酸化蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)表明，Luminal 樣本ATM 磷酸化水平降低抑制DNA 損傷檢查點(diǎn)活性，導(dǎo)致NER/BER/MMR 缺陷容忍度升高，并解除對(duì)CDK4/6 抑制作用。

07Rb狀態(tài)分析可能提示對(duì)CDK4/6抑制劑治療的反應(yīng)

增殖率是BRCA的一個(gè)重要預(yù)后特征，比較 HR+/ERBB2 PG- 乳腺癌和三陰性乳腺癌（TNBC）細(xì)胞周期的基因組特征，計(jì)算多基因的增殖分?jǐn)?shù)（MGPS）。HR+/ERBB2 PG- 乳腺癌中，CDK4 活性、CDK6 活性、Rb 蛋白/磷酸化蛋白表達(dá)分別和 MGPS 正相關(guān)；在 TNBC 中，MGPS 較高，且 Rb 蛋白/磷酸化蛋白表達(dá)分別和 MGPS 呈負(fù)相關(guān)。高表達(dá) Rb 磷酸化蛋白 TNBC 中 CDK4 和 CDK6 活性較高；低表達(dá) Rb 磷酸化蛋白組，表現(xiàn)為 RB1 基因突變/缺失和不響應(yīng) CDK4/6 抑制劑治療。同時(shí)，在這個(gè)數(shù)據(jù)集中，RB1突變或缺失的TNBC細(xì)胞對(duì)CDK4/6抑制劑沒有反應(yīng)，而一些野生型TNBC細(xì)胞系有反應(yīng)，說明對(duì)基因組Rb狀態(tài)的了解可能有助于將CDK4/6抑制劑用于TNBC。

總結(jié)：

文章通過對(duì)乳腺癌群體樣本進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)以及翻譯后修飾組學(xué)檢測(cè)，利用生信分析手段闡述了乳腺癌各個(gè)亞型的乙?；鞍踪|(zhì)特征、代謝特征和免疫微環(huán)境特征，為個(gè)性化治療提供了新視角和更全面的解析，蛋白基因組或?qū)⒊蔀槲磥韨€(gè)性化治療的主要手段。