甲狀腺髓樣癌（MTC）是一種來源于甲狀腺濾泡旁細(xì)胞（C細(xì)胞）的神經(jīng)內(nèi)分泌惡性腫瘤，臨床較為罕見。這一疾病具有較高的遺傳傾向及復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移潛能，綜合分析其從基因型到表型的異質(zhì)性有助于作出深入理解。同時(shí)，晚期MTC患者治療選擇有限，且面臨藥物毒性強(qiáng)、耐藥風(fēng)險(xiǎn)高等問題，故迫切需要在了解其分子特征的基礎(chǔ)上，為該類患者群體提供更為精準(zhǔn)的治療策略。然而，到目前為止仍然缺乏關(guān)于MTC的多組學(xué)數(shù)據(jù)以提供較為扎實(shí)的研究資源，限制了對(duì)這一疾病的進(jìn)一步認(rèn)知以及相關(guān)深層次研究。

2022年11月8日，復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院頭頸外科嵇慶海教授、王宇教授、魏文俊副主任醫(yī)師與西湖大學(xué)郭天南教授作為共同通訊作者，在Cell Discovery (IF:38.079) 雜志發(fā)表了題為“Integrated proteogenomic characterization of medullary thyroid carcinoma”的研究論文，并被選為了當(dāng)期亮點(diǎn)文章（Featured Article），該研究全面揭示了甲狀腺髓樣癌全景蛋白基因組學(xué)圖譜，并提出了MTC”分子三分型”的概念。

復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院頭頸外科史瀟博士、沈岑楷博士、史榮亮副主任醫(yī)師、廖天博士，西湖大學(xué)孫耀庭博士，浙江省腫瘤醫(yī)院張艷博士，歐易生物章璠博士為本文共同第一作者。文章中全外顯子組、轉(zhuǎn)錄組、甲基化組、常規(guī)蛋白組和磷酸化蛋白組檢測(cè)及主要生信分析服務(wù)

研究內(nèi)容

本研究通過全外顯子組測(cè)序、RNA測(cè)序、DNA甲基化芯片、蛋白質(zhì)組和磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)分析，全面展示了102個(gè)MTC患者的多組學(xué)全景圖譜。綜合分析發(fā)現(xiàn)，獨(dú)立于已被證實(shí)占據(jù)主導(dǎo)致癌作用的RET及RAS基因之外，BRAF和NF1基因是本隊(duì)列中新發(fā)現(xiàn)的MTC驅(qū)動(dòng)基因。另外，研究中基于蛋白質(zhì)組學(xué)深度分析，揭示了異質(zhì)性明顯的三種MTC分子亞型，作者將其分別命名為：代謝型、基底型和間質(zhì)型。這三種蛋白亞型在遺傳驅(qū)動(dòng)因素、表觀遺傳修飾譜、臨床病理因素和臨床結(jié)果等方面均有顯著不同。

此外，本研究又進(jìn)一步根據(jù)多組學(xué)分析結(jié)果探索并描繪了每種亞型的假定治療靶點(diǎn)，如預(yù)后最差的間質(zhì)型存在多種已獲批或在研酪氨酸激酶抑制劑（TKI）藥物靶點(diǎn)表達(dá)水平的升高，這些研究結(jié)果有助于深入理解此疾病，并有潛力進(jìn)行后續(xù)臨床轉(zhuǎn)化。

研究路線

研究結(jié)果

1、國際上首個(gè)MTC蛋白基因組學(xué)全景圖譜的繪制

研究隊(duì)列共包括來自國內(nèi)五家醫(yī)院（復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院、浙江省腫瘤醫(yī)院、北大深圳醫(yī)院、泰州人民醫(yī)院、常州市第二人民醫(yī)院）的102例MTC患者組織。整體來說，本研究使用102對(duì)MTC患者的組織進(jìn)行全外顯子組測(cè)序（腫瘤配對(duì)正常甲狀腺組織或外周血），再對(duì)102例和101例MTC腫瘤進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)和RNA-Seq測(cè)序，最后分別對(duì)78例和74例MTC組織進(jìn)行甲基化和磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)測(cè)序（圖 1a）?；赗NA-Seq數(shù)據(jù)進(jìn)行的腫瘤純度分析顯示，本隊(duì)列樣本腫瘤純度的中位數(shù)為91.5%，再行PCA分析后發(fā)現(xiàn)五個(gè)中心的樣本間無明顯批次效應(yīng)，與預(yù)期相符（圖 1b-d）。

研究證實(shí)，相比轉(zhuǎn)錄水平，蛋白水平的調(diào)控能夠更好地反映甲狀腺髓樣癌的腫瘤異質(zhì)性及相關(guān)基因功能（圖 1e-f）。同時(shí)，蛋白質(zhì)豐度和mRNA表達(dá)水平間的一致性程度較弱。在對(duì)“mRNA-蛋白質(zhì)”配對(duì)行通路富集分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，與氧化磷酸化和mRNA/蛋白質(zhì)加工相關(guān)通路相比，那些參與代謝相關(guān)通路的基因具有更強(qiáng)的轉(zhuǎn)錄組與蛋白組表達(dá)相關(guān)性（圖 1g-h）。而這一表達(dá)相關(guān)性隨著TNM分期的增加而呈明顯下降趨勢(shì)，表明惡性程度越高的MTC腫瘤內(nèi)部的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控對(duì)生物學(xué)行為的影響更強(qiáng)（圖 1i）。

圖1 | 蛋白基因組研究總結(jié)?

2、中國MTC患者的驅(qū)動(dòng)突變圖譜

綜合考慮患者家族史、臨床表現(xiàn)及RET胚系突變情況，25位患者（24.5%）可被定義為遺傳性甲狀腺髓樣癌（HMTC），其中包括23例MEN2A（含F(xiàn)MTC）及2例MEN2B，而余下77位患者均可被歸為散發(fā)性病例（SMTC）（圖 2a-b）。存在RETM918T突變的MTC患者人群腫瘤惡性程度顯著提升，這一點(diǎn)可從更多的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、更晚的TNM分期以及更差的無解剖復(fù)發(fā)生存率（SRFS）等三方面體現(xiàn)（圖 2c-e）。

在兩個(gè)不伴任何其他驅(qū)動(dòng)突變的散發(fā)性MTC病例中，作者分別檢測(cè)到了兩個(gè)非熱點(diǎn)BRAF突變——p.G469A和p.T599dup，這兩種突變已在其它神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤中被證實(shí)為驅(qū)動(dòng)突變。蛋白組學(xué)分析結(jié)果證實(shí)它們可不同程度的激活下游致癌信號(hào)通路，說明BRAF突變可作為MTC中一個(gè)潛在的驅(qū)動(dòng)因素（圖 2a, f）。接著作者又發(fā)現(xiàn)隊(duì)列中有一位特殊的MTC患者還同時(shí)患有I型神經(jīng)纖維瘤?。∟F1），作者發(fā)現(xiàn)，這個(gè)患者缺乏常見的MTC驅(qū)動(dòng)基因突變，但他的MTC腫瘤組織卻攜帶從胚胎卵裂過程中產(chǎn)生的NF1基因de novo截短突變。這一突變引發(fā)了腫瘤中該基因的轉(zhuǎn)錄及翻譯水平的急劇下降，使得其抑癌功能失活，進(jìn)而同時(shí)導(dǎo)致了兩種疾病的發(fā)生（圖 2a, g）。綜上，本研究驗(yàn)證了RET和RAS突變?cè)贛TC中的主導(dǎo)作用，并首次直接證實(shí)了BRAF和NF1基因在MTC致病過程中的驅(qū)動(dòng)作用，豐富了甲狀腺髓樣癌的驅(qū)動(dòng)基因譜。

圖2 | 中國MTC隊(duì)列中的驅(qū)動(dòng)突變景觀及其臨床病理和下游分子意義

3、蛋白質(zhì)組學(xué)分析描述了MTC全新分子亞型，并于多組學(xué)層面上展現(xiàn)了分型間異質(zhì)性

作者而后針對(duì)102個(gè)MTC腫瘤樣本的蛋白組學(xué)共性及異質(zhì)性展開深入分析，將其最終聚類成三種具有不同分子特征的蛋白質(zhì)組學(xué)分型，包括富集多個(gè)細(xì)胞代謝相關(guān)通路的“代謝型”、具有更高翻譯活性且基底因子蛋白表達(dá)水平明顯升高的“基底型”、細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）相關(guān)蛋白表達(dá)水平及其通路富集程度均出現(xiàn)顯著上調(diào)的“間質(zhì)型”（圖 3a-d）。作者進(jìn)一步綜合多組學(xué)數(shù)據(jù)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)突變、體細(xì)胞拷貝數(shù)變異和表觀遺傳修飾共同參與了MTC表型的確定，且整合隊(duì)列臨床病理信息后證實(shí)，間質(zhì)型可能代表了一組侵襲程度更高的腫瘤（圖 3e-j）。

綜上所述，蛋白三分型間可能存在的差異性促使各亞型多組學(xué)特征的深入研究，從而于更深層次上揭示MTC的腫瘤異質(zhì)性，引發(fā)對(duì)后續(xù)個(gè)性化治療的思考。

圖3 | MTC的蛋白質(zhì)組學(xué)分型及其在遺傳、表觀遺傳及臨床病理等方面的差異性分析

4、致癌通路激活，細(xì)胞周期信號(hào)增強(qiáng)以及基因組不穩(wěn)定性升高可作為代謝型MTC的生物學(xué)標(biāo)志

接下來作者剖析了每個(gè)亞型的多組學(xué)特征，以探索它們獨(dú)特的生物學(xué)特征。經(jīng)典ERK級(jí)聯(lián)、 JNK/p38級(jí)聯(lián)、PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路以及MAPK信號(hào)通路的相關(guān)蛋白水平在代謝型中顯著增加，同時(shí)MAPK通路相關(guān)重要成員STMN1在絲氨酸16及46位點(diǎn)上均出現(xiàn)磷酸化水平的升高（圖 4a-b）。此外，該亞型表現(xiàn)出細(xì)胞周期信號(hào)的激活（圖 4c-e），且同源重組結(jié)構(gòu)缺陷（HRD）得分更高，說明具有較高的基因組不穩(wěn)定性（圖 4f-g）。上述結(jié)果均支持代謝型MTC患者可能從MAPK/PI3K通路抑制劑、細(xì)胞周期抑制劑或PARP抑制劑中獲益。

圖4 | 致癌通路激活、細(xì)胞周期信號(hào)增強(qiáng)以及基因組不穩(wěn)定性升高可作為代謝型MTC的生物學(xué)標(biāo)志

5、基底型保留更高程度的神經(jīng)內(nèi)分泌特性

基底型中與突觸傳遞過程通路相關(guān)的蛋白豐度增加，與分泌蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)和胞吐過程相關(guān)的通路和磷酸化蛋白表達(dá)水平呈明顯上調(diào)趨勢(shì)（圖 5a-c）。作者進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，基底型腫瘤中，與對(duì)神經(jīng)遞質(zhì)相關(guān)的4個(gè)基因（NCAM1，VAMP4，CADM1，CAKML3）的CpG島甲基化程度對(duì)mRNA表達(dá)水平及蛋白豐度的影響呈現(xiàn)負(fù)調(diào)節(jié)順式效應(yīng)。激酶-底物富集分析發(fā)現(xiàn)，CAMK2B自磷酸化在基底型MTC的發(fā)展過程中具有潛在推進(jìn)作用（圖 5d-e）。同時(shí)，綜合轉(zhuǎn)錄組和蛋白組數(shù)據(jù)可以得知，幾乎所有MTC特異性或廣譜的神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤標(biāo)志物都在基底型中顯著上調(diào)（圖 5f）。令人驚喜的是，根據(jù)蛋白表達(dá)水平和臨床藥物可及性情況來看，CEACAM5可能是基底型腫瘤的候選治療靶點(diǎn)（圖 5g）。

圖5 | 基底型的蛋白基因組分析揭示了更高程度的神經(jīng)內(nèi)分泌特性

6、間質(zhì)型MTC中可找到酪氨酸激酶抑制劑候選生物標(biāo)志物及已有靶點(diǎn)的顯著富集

在間質(zhì)型MTC中，超過四分之一的基質(zhì)蛋白顯著上調(diào)，其中腱蛋白家族成員TNC和TNXB明顯富集（圖 6a）。TNC是RETM918T突變所驅(qū)動(dòng)的MTC腫瘤中上調(diào)最為明顯的一種基質(zhì)蛋白，其表達(dá)水平與間充質(zhì)腫瘤中經(jīng)典干性標(biāo)志物PROM1呈正相關(guān)，同時(shí)較高的TNC或TNXB表達(dá)也預(yù)測(cè)了更差的預(yù)后（圖 6b-d）。值得注意的是，間質(zhì)型MTC中血管生成相關(guān)STAT3信號(hào)通路的活性明顯增強(qiáng)，關(guān)鍵的血管生成因子PDGFRB和VEGFR1的表達(dá)水平也顯著上調(diào)，它們是MTC已獲批藥物卡博替尼（FDA）和安羅替尼（中國大陸）最為重要的抗癌靶點(diǎn)，也是多種酪氨酸激酶抑制劑（MTC在研藥物）的靶點(diǎn)（圖 6e-f）。此外，該研究的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)顯示間質(zhì)型MTC具有較高的CSF1R轉(zhuǎn)錄水平（圖 6g）。

值得說明的是，CSF1R是國產(chǎn)原研TKI藥物索凡替尼抑制腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞極化的重要靶點(diǎn)，并且，本文通信作者嵇慶海教授前期牽頭的一項(xiàng)II期臨床試驗(yàn)表明，索凡替尼在一部分局晚或轉(zhuǎn)移性MTC患者中顯示出了良好療效。綜上，間質(zhì)型MTC患者是以上幾種獲批或在研靶向藥物最有希望的獲益群體。

圖6 | 間質(zhì)型的蛋白基因組分析揭示了TKIs候選生物標(biāo)志物及已有靶點(diǎn)的顯著富集

研究結(jié)論

1. 作者通過全面多組學(xué)綜合分析，發(fā)現(xiàn)MTC新的潛在驅(qū)動(dòng)基因，并提出分子異質(zhì)性明顯的三種MTC蛋白質(zhì)組亞型——代謝型、基底型和間質(zhì)型，在分析每個(gè)亞型典型特征的基礎(chǔ)上探索假定治療靶點(diǎn)。

2. 本研究提供了迄今為止最大、最全面的MTC多組學(xué)分析數(shù)據(jù)，極大的拓寬了研究者對(duì)MTC生物學(xué)特征及腫瘤異質(zhì)性的理解，并在提出治療假設(shè)的同時(shí)服務(wù)于后續(xù)臨床轉(zhuǎn)化，為這種相對(duì)罕見腫瘤的臨床前研究及臨床試驗(yàn)打下基礎(chǔ)、為本研究領(lǐng)域提供了大量寶貴的研究資源。
   

詳細(xì)技術(shù)請(qǐng)?jiān)L問歐易生物官網(wǎng)

?

百度搜索歐易生物（oebiotech）

?

了解更多多組學(xué)技術(shù)

（外顯子組、轉(zhuǎn)錄組、甲基化組、常規(guī)蛋白組、磷酸化蛋白組檢測(cè)）

猜你想看

1、項(xiàng)目文章 | 單細(xì)胞測(cè)序助力探究腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAFs）亞群對(duì)三陰乳腺癌腫瘤硬度及抗腫瘤藥物藥效的影響機(jī)制

2、MP | 上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院院基因中心提出陸稻起源新見解

3、項(xiàng)目文章 | 單細(xì)胞測(cè)序助力免疫分析同源或異源加強(qiáng)疫苗接種增強(qiáng)SARS-CoV-2體液免疫的細(xì)胞基礎(chǔ)

4、項(xiàng)目文章 | 單細(xì)胞測(cè)序助力探究肌層浸潤性膀胱癌潛在的功效生物標(biāo)記物

原創(chuàng)聲明：本文由歐易生物(OEBIOTECH)學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)報(bào)道，本文著作權(quán)歸文章作者所有。歡迎個(gè)人轉(zhuǎn)發(fā)及分享，未經(jīng)作者的允許禁止轉(zhuǎn)載。