肺腺癌(LUAD)是美國(guó)癌癥死亡的主要原因，診斷和治療LUAD的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是腫瘤內(nèi)部形態(tài)和分子的異質(zhì)性。
2022年11月15日，國(guó)際頂刊Cell Reports Medicine（IF=16.988）在線發(fā)表了創(chuàng)新研究成果“Proteogenomic analysis of lung adenocarcinoma reveals tumor heterogeneity, survival determinants, and therapeutically relevant pathways”。該研究結(jié)合全基因組測(cè)序、轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、蛋白質(zhì)組學(xué)和磷酸化修飾組學(xué)等，鑒定出疾病三種亞型，包括從不吸煙者富集的高過(guò)渡型，當(dāng)前吸煙者富集的高轉(zhuǎn)化型，以及過(guò)往吸煙者富集的結(jié)構(gòu)改變型。此外，檢測(cè)并驗(yàn)證了預(yù)測(cè)患者生存的RNA和蛋白質(zhì)的表達(dá)特征，為L(zhǎng)UAD分子精準(zhǔn)醫(yī)療奠定了基礎(chǔ)。
研究材料
87例LUAD（原發(fā)腫瘤）患者，其中80%為I期或II期，83%來(lái)自吸煙患者的石蠟包埋(FFPE)切片，腫瘤的組織學(xué)亞型主要有：腺泡、乳頭和實(shí)體。
技術(shù)路線
步驟1：體細(xì)胞基因組特征亞型結(jié)合分子病因與吸煙史；
步驟2：腫瘤間RNA和蛋白質(zhì)相關(guān)性研究；
步驟3：轉(zhuǎn)錄和蛋白決定患者存活率；
步驟4：LUAD的蛋白質(zhì)基因組分型；
步驟5：LUAD亞型的綜合網(wǎng)絡(luò)建模。
研究結(jié)果
1. 體細(xì)胞基因組特征亞型結(jié)合分子病因與吸煙史
根據(jù)疾病關(guān)聯(lián)的體細(xì)胞基因組特征對(duì)腫瘤進(jìn)行聚類(lèi)并確定了三種亞型，分別為高過(guò)渡型、高轉(zhuǎn)換型和結(jié)構(gòu)改變型(圖1A-D)。EGFR體細(xì)胞突變?cè)诟哌^(guò)渡型中富集，KRAS和STK11在高轉(zhuǎn)化型中富集，TP53在結(jié)構(gòu)改變型中最為常見(jiàn)。雖然TP53 的RNA和蛋白質(zhì)表達(dá)在結(jié)構(gòu)改變型中沒(méi)有變化(圖1E)，但ser15磷酸化程度最高，與該亞型高SV負(fù)荷一致(圖1F)。與此同時(shí)，該亞型表現(xiàn)出TP53突變高表達(dá)(圖1G)。
圖1 通過(guò)全基因組體細(xì)胞特征對(duì)LUAD進(jìn)行分型
2. 腫瘤間RNA和蛋白質(zhì)相關(guān)性研究
為了比較7472個(gè)共檢測(cè)基因的RNA和蛋白質(zhì)表達(dá)，計(jì)算腫瘤中基因級(jí)RNA：腫瘤間蛋白相關(guān)性。中位基因相關(guān)性為0.47，84%的基因呈正相關(guān)(圖2A)。APOLLO隊(duì)列的中位基因相關(guān)性與LUAD CPTAC隊(duì)列相似。獨(dú)立LUAD隊(duì)列之間的基因級(jí)RNA：蛋白質(zhì)相關(guān)性值呈顯著正相關(guān)(圖2 B)。高相關(guān)性基因富集于細(xì)胞粘附和RAS信號(hào)通路，低相關(guān)性基因富集于翻譯起始和氧化磷酸化(圖2C)。其后，發(fā)現(xiàn)并驗(yàn)證了免疫富集的LUAD腫瘤與高純度腫瘤相比，其RNA和蛋白質(zhì)水平具有更大的變異性(圖2D)。
圖2 基因、腫瘤RNA和蛋白質(zhì)表達(dá)的相關(guān)性
3. 轉(zhuǎn)錄和蛋白決定患者存活率
通過(guò)MFS（無(wú)轉(zhuǎn)移生存率），確定了560個(gè)“存活蛋白”和155個(gè)“存活RNA”顯著相關(guān)。所有共表達(dá)的蛋白質(zhì)和RNA都與 MFS風(fēng)險(xiǎn)比顯著相關(guān)（圖3A）。將生存蛋白和相應(yīng)的對(duì)數(shù)風(fēng)險(xiǎn)比作為權(quán)重組合成蛋白生存特征，發(fā)現(xiàn)這些蛋白總表達(dá)可通過(guò)OS（患者總生存率）和MFS區(qū)分患者（圖3B)。存活基因組之間的基因RNA：蛋白質(zhì)相關(guān)性存在顯著差異（圖3C）。又通過(guò)CPTAC和APOLLO隊(duì)列驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)LUAD患者的OS和MFS可通過(guò)獨(dú)立隊(duì)列的蛋白和RNA表達(dá)來(lái)預(yù)測(cè)(圖3D，3E)。
圖3 RNA和蛋白質(zhì)表達(dá)決定患者生存
4. LUAD的蛋白質(zhì)基因組分型
通過(guò)RNA表達(dá)將腫瘤劃分為T(mén)RU、PI和PP亞型，這些亞型存在不同組織學(xué)特征TRU（腺泡）、PI（實(shí)體）(圖4A)。整合RNA、蛋白質(zhì)和磷酸化數(shù)據(jù)分析，在各亞型中確定了不同的過(guò)表達(dá)通路，TRU蛋白分泌及脂肪、肌肉形成的發(fā)育通路過(guò)表達(dá)，PI炎癥和干擾素-γ信號(hào)通路過(guò)表達(dá)，PP增殖相關(guān)通路過(guò)表達(dá)(圖4B)。比較腫瘤亞型與患者生存結(jié)局，發(fā)現(xiàn)表達(dá)亞型、組織學(xué)亞型與MFS顯著相關(guān)(圖4C)。
圖4 分子亞型特征和生存結(jié)果
5. LUAD亞型的綜合網(wǎng)絡(luò)建模
利用磷酸化修飾組學(xué)和已知激酶底物互作推斷腫瘤中的激酶活性，確定各亞型激酶活性富集評(píng)分(圖5A)。然后，將已知的激酶底物、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)和蛋白通路互作等信息整合到分型特異性網(wǎng)絡(luò)模型中，發(fā)現(xiàn)PI的網(wǎng)絡(luò)特征是驅(qū)動(dòng)IFN-γ信號(hào)傳導(dǎo)和炎癥分子互作，TRU是EGFR信號(hào)過(guò)度活躍，PP是在免疫冷微環(huán)境中細(xì)胞周期和糖酵解生物過(guò)程增強(qiáng)(圖5)。
圖5 各亞型的蛋白質(zhì)基因組網(wǎng)絡(luò)特征
小編小結(jié)
該研究報(bào)道了來(lái)自美國(guó)肺腺癌的蛋白質(zhì)基因組學(xué)特征，通過(guò)分子分型擴(kuò)展了疾病病因，并將RNA和蛋白的表達(dá)相關(guān)性與腫瘤免疫含量聯(lián)系起來(lái)，綜合分析揭示了分子亞型之間患者生存特征和治療干預(yù)靶點(diǎn)。