Cell Discovery|蛋白基因組學揭示甲狀腺髓樣癌分型及治療靶標
瀏覽次數(shù):1111 發(fā)布日期:2022-11-24
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實驗樣本及設計
(1)研究隊列:來自甲冠東方-甲狀腺腫瘤?坡(lián)盟(OTTA)中五家中國三級醫(yī)院的102名MTC患者;
(2)樣本類型:MTC腫瘤組織、正常對照組織、外周血;
(3)組學方法:外顯子測序(102 pairs)、蛋白組學(102 tumors)和磷酸化蛋白組學(74 tumors)、轉錄組測序(101 tumors)和DNA甲基化芯片(78個tumors)。
文章結果
01 中國人群MTC腫瘤驅動基因分析
考慮MTC的遺傳性比例較高,研究團隊首先分析102例MTC人群的正常標本的基因組圖譜以識別遺傳性MTC。根據(jù)家族史、臨床表現(xiàn)和RET的突變情況,25例患者(24.5%)被分為MEN2A(23例,包括FMTC)和MEN2B(2例)。另一方面,其它77例被歸為散發(fā)性病例,RET和RAS兩種突變之間存在顯著的互斥性,證明了它們作為散發(fā)性MTC最主要驅動因素的作用。結合遺傳性和散發(fā)性的形式,RET突變在整個隊列中占75.5%。在各種突變體中,RETM918T突變預示著腫瘤侵襲性的提高,包括更多的轉移淋巴結、更高的TNM分期和較差的無解剖復發(fā)生存率(SRFS)。在該研究中,還發(fā)現(xiàn)兩個非熱點BRAF突變(p.G469A和p.T599dup,VAF > 40%)。蛋白組學數(shù)據(jù)顯示,T599dup突變體強烈激活下游信號,G469A突變則導致中度的激酶活性。因此,BRAF可能是MTC中一個潛在的驅動因素。另外,在一個獨特的MTC病例中檢測到抑癌基因NF1存在一個新發(fā)移碼突變 c.3338delT(VAF 高達76.1%),提示NF1具有驅動能力。同時,這一移碼缺失也是一種截短突變,導致終止密碼子提前。轉錄組和蛋白組數(shù)據(jù)顯示NF1基因的mRNA豐度很低且無法檢測到其蛋白豐度,進一步支持其致病作用。綜上所述,通過多組學數(shù)據(jù)整合確定了NF1的截短突變是MTC的潛在驅動因素。
02 基于蛋白組的MTC分子分型及各亞型的多組學特征與臨床預后特征
為了深入了解MTC腫瘤的分子共性和異質性,基于蛋白組數(shù)據(jù)進行了無監(jiān)督聚類分析,確定了三種具有不同分子特征的亞型:Cluster-I富集多種細胞代謝的途徑,被命名為代謝亞型(Metabolic subtype);Cluster-II顯示基底因子蛋白表達升高,且具有更高的翻譯活性,被命名基底亞型(Basal subtype);Cluster-Ⅲ的特點是細胞外基質相關蛋白和通路顯著上調,被命名間質亞型(Mesenchymal subtype)。
進一步綜合多組學數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),三種亞型在遺傳和表觀遺傳模式上存在差異:(i)RETM918T驅動的腫瘤以間質亞型為主,而RAS突變在代謝亞型中的發(fā)生率更高;(ii)在體細胞拷貝數(shù)變異(SCNA)方面,代謝亞型的基因組穩(wěn)定性最差,基底亞型則相對最穩(wěn)定;(iii)在表觀基因組水平上,間質亞型顯示出相對較高的DNA甲基化水平。同時,甲基化對應基因的通路富集在各亞型間具有較大差異性。
在臨床病理與預后上,與基底亞型相比,間質亞型顯示更高的TNM分期和不良的SRFS,因此該亞型可能具有更強的侵襲性。代謝亞型的惡性程度在三種亞型中表現(xiàn)中等。綜上所述,蛋白組亞型之間的差異,促使我們進一步深入研究各亞型的多組學特征,從而在更深層次上揭示MTC的腫瘤異質性。
03 代謝亞型的蛋白基因組特征
基于蛋白質組學數(shù)據(jù)的單樣本基因集富集分析(ssGSEA)顯示,代謝亞型中的MAPK信號活性增強。該亞型不僅在經(jīng)典的ERK級聯(lián)中增加多個蛋白水平,且在JNK/p38級聯(lián)中多個蛋白也顯著增加。同時,MAPK通路重要成員STMN1上絲氨酸16和46位點磷酸化水平顯著升高。此外,該亞組同時表現(xiàn)出更高的PI3K/Akt/mTOR活性。因此,MAPK和PI3K/Akt/mTOR通路的激活可能是MTC腫瘤代謝亞型的一個重要生物學特征,是潛在的治療靶點。
同時,結合基因突變、蛋白組數(shù)據(jù)和轉錄組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)代謝亞型的細胞周期信號有顯著的激活。此外,該亞型同源重組缺陷(HRD)得分更高,表明該亞型的基因組不穩(wěn)定性較大。
04 基底亞型的蛋白基因組特征
進一步分析發(fā)現(xiàn)基底亞型中有大量增強的神經(jīng)內分泌相關分子特征。從蛋白組學數(shù)據(jù)來看,與其它亞型比較,基底亞型中突觸傳遞過程的蛋白水平顯著增加,細胞能量代謝相關蛋白水平顯著減少。從磷酸化蛋白組數(shù)據(jù)來看,基底亞型中與分泌蛋白轉運和胞吐過程相關的通路蛋白磷酸化顯著上調,加強了分泌功能。同時,發(fā)現(xiàn)與神經(jīng)遞質相關的4個基因中CpG島甲基化對mRNA和蛋白豐度呈現(xiàn)負向順式效應。激酶-底物分析發(fā)現(xiàn)CAMK2B蛋白的豐度與其自身Thr287位點的磷酸化水平正相關,表明其自磷酸化在基底亞型的腫瘤發(fā)展中具有潛在作用。
同時,轉錄組和蛋白組數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),幾乎所有在本研究中檢測到的神經(jīng)內分泌腫瘤標志物都在基底亞型中上調,特別是蛋白質水平上。表明基底亞型腫瘤細胞具有更強的神經(jīng)內分泌能力。進一步,借助DrugBank數(shù)據(jù)庫分析了基底亞型中上調的蛋白質,發(fā)現(xiàn)CEA具備候選治療靶標的潛力,當然后續(xù)還需要進一步的研究來證實。
05 間質亞型的蛋白基因組特征
根據(jù)蛋白組學數(shù)據(jù)顯示,超過25%的基質蛋白在間質亞型中顯著上調,并且大部分是可分泌蛋白,具有作為唾液或血液生物標志物的潛力。其中有兩個腱蛋白家族成員TNC和TNXB在間質亞型中顯著富集。通過組織芯片對TNC進行了IHC染色,結果顯示TNC在間質、基底和代謝三個亞型中的陽性率分別為66.7%、14.3%和27.3%,這一結果與組學數(shù)據(jù)的結果類似。而臨床數(shù)據(jù)分析顯示,較高水平的TNC/TNXB表達與晚期TNM分期相關,且具有較差的SRFS。因此,TNC/TNXB具有成為MTC腫瘤候選生物標志物和預后指標的潛力,不過還需要更大的獨立隊列來進一步驗證。
同時,研究團隊發(fā)現(xiàn)間質亞型中血管生成關鍵的轉錄激活因子STAT3信號通路增強。而關鍵血管生成因子PDGFRB和VEGFR1在間質亞型中也顯著上調,其不僅是FDA批準的酪氨酸激酶抑制劑(TKI)卡博替尼的藥物靶點,也是其他幾種TKIs在晚期MTC臨床試驗中的靶點。此外,索凡替尼在局部晚期或轉移性MTC和其他神經(jīng)內分泌腫瘤患者中顯示出了良好的療效。除了VEGFRl,索凡替尼還靶向抑制腫瘤相關巨噬細胞極化的抗腫瘤靶點CSF1R。該研究的轉錄組數(shù)據(jù)顯示間質亞型中具有較高CSF1R轉錄水平,同時M2、M1表型巨噬細胞、樹突狀細胞的浸潤增強,且免疫評分增加。
原文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41421-022-00479-y
編譯:周承
審校:劉晶晶、孫耀庭、史瀟
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