小兒腦腫瘤是兒童癌癥死亡主要原因，發(fā)病率、致死率僅次于白血病。某些小兒腦瘤類型預(yù)后很差，5年生存率不到20%，如高級別膠質(zhì)瘤和非典型畸胎樣橫紋肌樣腫瘤。因此，深入了解小兒腦瘤發(fā)病機制以開發(fā)、制定更加有效的治療方案，改善患兒的治療策略迫在眉睫。盡管已有研究報道應(yīng)用基因組學(xué)技術(shù)解析小兒腦腫瘤的發(fā)病機制，但是與成人腦瘤相比小兒腦瘤突變頻率要低得多，且許多小兒腦瘤存在表觀遺傳異常；因此到目前為止尚缺乏針對小兒腦瘤有效的靶向治療方案。近年來隨著技術(shù)發(fā)展，通過整合基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組和翻譯后修飾組學(xué)數(shù)據(jù)對腫瘤進(jìn)行更加精細(xì)的分型，為系統(tǒng)解析腫瘤分子機制以及腫瘤靶向治療提供了新的思路。

2020年12月，來自美國西奈山伊坎醫(yī)學(xué)院、華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院和費城兒童醫(yī)院等單位的聯(lián)合研究團隊在Cell（IF=36.2160）雜志上發(fā)表題為 《Integrated Proteogenomic Characterization across Major Histological Types of Pediatric Brain Cancer》的研究成果，該研究首次對多種不同類型的小兒腦腫瘤進(jìn)行全基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組和磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)表征，全面系統(tǒng)揭示了不同小兒腦腫瘤類型的分子特征。該研究加深了人們對小兒腦腫瘤形成機制的認(rèn)知，為小兒腦腫瘤靶向治療提供新的見解。

研究材料：218例 小兒腦腫瘤組織樣本（低級別神經(jīng)膠質(zhì)瘤（LGG）93例，室管膜瘤（EP）32例，高級別神經(jīng)膠質(zhì)瘤（HGG）25例，髓母細(xì)胞瘤（MB）22例，神經(jīng)節(jié)神經(jīng)膠質(zhì)瘤（ganglioglioma）18例，顱咽管瘤（CP）16例和非典型畸胎樣橫紋肌樣瘤（ATRT）12例）

技術(shù)方法：基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、磷酸化蛋白質(zhì)組

實驗方法簡介：

步驟1：小兒腦腫瘤樣本組學(xué)檢測

步驟2：基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)

步驟3：基于蛋白質(zhì)組學(xué)的分型

步驟4：小兒腦腫瘤免疫浸潤分析

步驟5：基于磷酸化蛋白質(zhì)組的激酶活性分析

步驟6：原發(fā)性和復(fù)發(fā)性腫瘤的差異比較

研究結(jié)果：

1、兒科腦腫瘤樣本的蛋白質(zhì)基因組學(xué)分析

研究者選取7種兒童腦癌組織學(xué)類型，來自199例受試者共218個腫瘤樣本進(jìn)行全基因組測序、RNA測序、蛋白質(zhì)組和磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)分析。通過對蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)共識聚類分析，將小兒腦腫瘤分為8種集群（亞型），它們具有不同的生存結(jié)果、干細(xì)胞分?jǐn)?shù)、增殖指數(shù)和信號通路活性。

2、兒科腦腫瘤免疫浸潤

為了探究腫瘤微環(huán)境中免疫細(xì)胞浸潤情況，研究者基于轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，通過共識聚類分析確定了5組具有不同免疫和基質(zhì)特征的腫瘤類型：Cold-medullo, Cold-mixed, Neuronal, Epithelial和Hot。將組織學(xué)分型和組學(xué)聚類結(jié)果相比對，某些聚類的類型與組織學(xué)診斷分類結(jié)果相一致。但多組學(xué)聯(lián)合分析表明某些樣本中轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組表達(dá)模式相關(guān)性較低，因此僅基于轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的分型可能不夠完善，例如基于蛋白組和磷酸化蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)可將顱咽管瘤分為兩種類型，而轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)未觀察到這種分類特征；不過在侵襲性強的腫瘤中蛋白和RNA兩個層面表現(xiàn)出更高的相關(guān)性，其原因可能是侵襲性腫瘤通常具有很高的增殖能力，高度增殖的細(xì)胞中增強的翻譯活性會導(dǎo)致RNA和蛋白質(zhì)更相關(guān)。

3、基于磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)的激酶活性分析

蛋白激酶是潛在的藥物靶標(biāo)，對不同類型小兒腦瘤激酶激活特征的分析可為腫瘤的靶向治療提供新的見解。研究人員構(gòu)建了診斷特異的激酶-底物網(wǎng)絡(luò)并通過實驗驗證其調(diào)控作用。CDK1\CKD2是參與細(xì)胞周期調(diào)控的蛋白依賴性激酶，在包括ATRT、MB、HGG和EP等增殖性更強的腫瘤中其表達(dá)升高。CDK1/2與某些底物的關(guān)聯(lián)在不同腫瘤類型中共享，如在ATRT、MB、HGG和LGG中均檢測到CDK2和MCM2在第139位絲氨酸存在關(guān)聯(lián)。此外，在HGG和LGG中，CDK2和NPM1在第70位絲氨酸存在關(guān)聯(lián)。參與神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移的蛋白激酶CaMK2A，根據(jù)對HGG的激酶-底物網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)，CaMK2A與連接蛋白43（GJA1）第325位和314位絲氨酸高度相關(guān)，而連接蛋白43在這兩個位點的磷酸化促進(jìn)了神經(jīng)膠質(zhì)瘤和星形膠質(zhì)細(xì)胞間的間隙連接組裝，并驅(qū)動癌細(xì)胞遷移和神經(jīng)膠質(zhì)瘤的侵襲，由此提示了CaMK2A在膠質(zhì)瘤侵襲中潛在作用。而根據(jù)蛋白豐度信息，CDK1/2和CaMK2A之間存在負(fù)調(diào)控。隨后研究人員通過對23名小兒和年輕成人HGG隊列進(jìn)行TMT蛋白質(zhì)組和磷酸化蛋白質(zhì)組分析驗證了CDK1/2和CaMK2A蛋白豐度存在負(fù)相關(guān)性，表明在HGG中存在兩條不同的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制。

4、原發(fā)性和復(fù)發(fā)性小兒腦腫瘤比較分析

此前的研究報道顯示，原發(fā)性和復(fù)發(fā)性腫瘤具有不同的特征，為揭示兩者間的差異，研究人員對同一個體的18對原發(fā)性和復(fù)發(fā)性腫瘤樣本進(jìn)行蛋白質(zhì)基因組學(xué)分析。結(jié)果顯示，原發(fā)性和復(fù)發(fā)性腫瘤具有不同的蛋白表達(dá)模式，它們被歸類為不同的集群。另外，原發(fā)性和復(fù)發(fā)性腫瘤中信號通路的變化也不同，這提示原發(fā)與復(fù)發(fā)腫瘤可能具有不同的分子機制，因此有必要對復(fù)發(fā)腫瘤重新進(jìn)行表征，以便制定更有效的治療策略。

小編小結(jié)：

本研究整合基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組和磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)對小兒腦腫瘤進(jìn)行了全面解析，基于蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)將小兒腦腫瘤分為8種類型，通過激酶-底物網(wǎng)絡(luò)分析為信號通路活性以及藥物靶點挖掘提供了新的認(rèn)識。該研究將促進(jìn)人們對小兒腦腫瘤發(fā)生分子機制的認(rèn)識，從更精細(xì)的分子水平識別不同的腫瘤類型，為精準(zhǔn)、有效的靶向治療方案的確定提供理論依據(jù)。

中科新生命提供基于基因組學(xué)、DIA蛋白質(zhì)組學(xué)、DIA磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)等多組學(xué)手段的腫瘤大隊列蛋白基因組分析解決方案，歡迎垂詢。