急性髓系白血?。ˋML）是一種臨床和遺傳異質(zhì)性疾病，其特征是未成熟白血病細胞骨髓浸潤導(dǎo)致的骨髓衰竭。早期的基因組學(xué)研究已經(jīng)幫助解決了 AML 的一些臨床異質(zhì)性問題并揭示了特定的藥物靶點，但仍然存在許多挑戰(zhàn)。部分患者的基因組風(fēng)險分層和臨床結(jié)果之間仍然存在不匹配，需要進一步完善AML分類，改進生物標志物識別和治療分層；另一方面在臨床治療時基因標志物的預(yù)測價值有限，缺乏更加準確的預(yù)測標志物。此外，對很多已知AML突變基因的下游過程和藥物反應(yīng)研究太少，迫切需要闡明AML的發(fā)病機制，尋找新的藥物靶點。
2022年3月，德國歌德大學(xué)的Hubert Serve，Thomas Oellerich和馬克斯·普朗克生物化學(xué)研究所Matthias Mann等團隊合作在Cancer Cell（IF 31.426）上發(fā)表題為"The proteogenomic subtypes of acute myeloid leukemia"的研究文章，他們對252例接受統(tǒng)一治療的AML患者骨髓活檢樣本進行蛋白基因組分析，將AML分為5個蛋白亞型，每個亞型都反映出跨越基因組邊界的特定生物學(xué)特征。其中兩種蛋白亞型與患者預(yù)后相關(guān)，但沒有一種與特定的基因組畸變相關(guān)。值得注意的是，一種僅在蛋白質(zhì)組分析中存在的亞型（Mita-AML）以線粒體蛋白的高表達為特征，會導(dǎo)致不良預(yù)后，在強化誘導(dǎo)化療治療后緩解率降低，總生存期縮短。深入的功能分析顯示，Mita-AML亞型在代謝上與線粒體復(fù)合體I依賴的呼吸作用有關(guān)，并且對BCL2抑制劑venetoclax的治療更為敏感。
Highlights
· 本研究涉及252例急性髓系白血病細胞的蛋白基因組特征；
· 鑒定到具有特定生物學(xué)特征的五種AML蛋白亞型；
· 蛋白組學(xué)結(jié)果顯示Mito-AML是一種獨特的高危亞型；
· Mito-AML亞型對線粒體復(fù)合物I的靶向藥治療敏感。
研究材料
252例年齡從18歲到79歲急性髓系白血病患者，分為發(fā)現(xiàn)隊列177例和驗證隊列75例。收集治療前的骨髓活檢樣本，梯度離心純化骨髓中的單個核細胞（mononuclear cells）
技術(shù)路線
· 步驟1：急性髓系白血病蛋白組學(xué)分子分型；
· 步驟2：多組學(xué)整合描繪AML的蛋白基因組學(xué)圖譜；
· 步驟3：在獨立患者隊列中驗證Mito-AML亞型；
· 步驟4：Mito-AML亞型生物學(xué)特征與病理特征分析。
研究結(jié)果
1. 急性髓系白血病蛋白組學(xué)分子分型
研究者對發(fā)現(xiàn)隊列中的177例患者樣本進行DIA蛋白組學(xué)分析，共鑒定到6,522種蛋白。通過對蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)進行無監(jiān)督的分層聚類，發(fā)現(xiàn)患者可分為6個蛋白亞組，其中C1 和 C2 具有共同特征，故將其合并為一個亞群（C-Mito）。GSVA分析顯示各個亞型具有獨特的生物學(xué)特征：C-Mito 型高表達的線粒體蛋白和線粒體相關(guān)過程；C3 型RNA加工活躍；C4-6 型髓系白細胞活化和免疫反應(yīng)增強。深入分析還發(fā)現(xiàn)不同亞型中轉(zhuǎn)錄因子和激酶的表達模式也存在明顯差異。后期臨床相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn) C-Mito 型患者顯示出更短的總生存期，并且兩個 C-Mito 亞群（C1，C2）具有獨立的生存表型。
圖1 AML的蛋白分型及其臨床生存分析
2. 多組學(xué)整合描繪AML的蛋白基因組學(xué)圖譜
為了更全面地了解患者間的異質(zhì)性并了解不同分子層面之間的關(guān)系，研究者利用綜合多組學(xué)因素分析（MOFA）研究多個數(shù)據(jù)層（即蛋白質(zhì)和基因表達、突變、細胞遺傳學(xué)）的協(xié)調(diào)變化過程。他們不僅發(fā)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)層之間存在正關(guān)聯(lián)以及反向耦合，還確定了僅反映在單個數(shù)據(jù)層中的生物過程，28個驅(qū)動因素中12個僅在蛋白層面，5個僅在轉(zhuǎn)錄層面。深入分析發(fā)現(xiàn)劃分為C-Mito的患者亞群只反映在蛋白質(zhì)組中，這也突顯了蛋白組學(xué)作為發(fā)現(xiàn)工具的重要性。
圖2 AML的蛋白基因組學(xué)特征
3. 在獨立患者隊列中驗證Mito-AML亞型
研究者進一步在75人的獨立患者隊列中驗證分型的結(jié)果，利用Super-SILAC技術(shù)分析蛋白表達情況，共定量到6,754種蛋白，層次聚類分析可將新的隊列分為3個亞組。研究者通過預(yù)測模型可以將所有患者前瞻性地分類為“C-Mito”和“Non-Mito”：在驗證隊列中通過非監(jiān)督聚類和通徑分析被確認為C-Mito的15名患者中，有14名被預(yù)測模型分類為C-Mito。對C-Mito預(yù)測貢獻最大的五個蛋白中，兩個與線粒體（CYRIB、MRPL19）相關(guān)，兩個與核孔復(fù)合體（NUP88、TPR）相關(guān)，這代表了C-Mito的濃縮預(yù)測特征，也為診斷標志物panel的建立奠定了基礎(chǔ)。
圖3 獨立患者隊列驗證Mito-AML亞型
4. Mito-AML亞型生物學(xué)特征與病理特征分析
研究者分析了前 100 個 C-Mito亞型與其他亞型顯著差異蛋白，發(fā)現(xiàn)它們大多屬于線粒體、核包膜和染色質(zhì)調(diào)控三個類別，疊加先前發(fā)表的蛋白相互作用數(shù)據(jù)進行整合分析，最終獲得了表征 C-Mito亞型的蛋白互作網(wǎng)絡(luò)。
為了研究C-Mito亞型特定的病理機制特征，研究者選取 25 種急性白血病細胞系進行了DIA蛋白組學(xué)檢測，共鑒定到8,573個蛋白，無監(jiān)督聚類分析將其分為Mito-high和Mito-low兩個亞型。通過與公開的CRISPR-Cas9 功能喪失篩選基因組數(shù)據(jù)進行整合，研究者發(fā)現(xiàn)Mito-high亞型對線粒體復(fù)合體I，DNA 修復(fù)、組蛋白乙酰化和mTOR 信號通路等相關(guān)基因依賴性更高。最后通過藥物干預(yù)實驗，研究者證實Mito-AML 細胞對線粒體復(fù)合體I的靶向抑制劑 venetoclax 響應(yīng)敏感。這一結(jié)果進一步證實了Mito-AML細胞與線粒體呼吸作用的相關(guān)性，也為該亞型AML的治療提供了新的思路。
圖4 Mito-AML亞型生物學(xué)特征與病理特征分析
小編小結(jié)
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