采用組織切片多組學揭秘肺腺癌分子分型
肺腺癌(LUAD)是美國癌癥死亡的主要原因，診斷和治療LUAD的一個主要挑戰(zhàn)是腫瘤內部形態(tài)和分子的異質性。
2022年11月15日，國際頂尖期刊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”。該研究結合全基因組測序、轉錄組測序、蛋白質組學和磷酸化修飾組學等，鑒定出疾病三種亞型，包括從不吸煙者富集的高過渡型，當前吸煙者富集的高轉化型，以及過往吸煙者富集的結構改變型。此外，檢測并驗證了預測患者生存的RNA和蛋白質的表達特征，為LUAD分子精準醫(yī)療奠定了基礎。
研究材料
87例LUAD（原發(fā)腫瘤）患者，其中80%為I期或II期，83%來自吸煙患者的石蠟包埋(FFPE)切片，腫瘤的組織學亞型主要有：腺泡、乳頭和實體。
技術路線
步驟1：體細胞基因組特征亞型結合分子病因與吸煙史；
步驟2：腫瘤間RNA和蛋白質相關性研究；
步驟3：轉錄和蛋白決定患者存活率；
步驟4：LUAD的蛋白質基因組分型；
步驟5：LUAD亞型的綜合網(wǎng)絡建模。
研究結果
1. 體細胞基因組特征亞型結合分子病因與吸煙史
根據(jù)疾病關聯(lián)的體細胞基因組特征對腫瘤進行聚類并確定了三種亞型，分別為高過渡型、高轉換型和結構改變型(圖1A-D)。EGFR體細胞突變在高過渡型中富集，KRAS和STK11在高轉化型中富集，TP53在結構改變型中最為常見。雖然TP53 的RNA和蛋白質表達在結構改變型中沒有變化(圖1E)，但ser15磷酸化程度最高，與該亞型高SV負荷一致(圖1F)。與此同時，該亞型表現(xiàn)出TP53突變高表達(圖1G)。
圖1 通過全基因組體細胞特征對LUAD進行分型
2. 腫瘤間RNA和蛋白質相關性研究
為了比較7472個共檢測基因的RNA和蛋白質表達，計算腫瘤中基因級RNA：腫瘤間蛋白相關性。中位基因相關性為0.47，84%的基因呈正相關(圖2A)。APOLLO隊列的中位基因相關性與LUAD CPTAC隊列相似。獨立LUAD隊列之間的基因級RNA：蛋白質相關性值呈顯著正相關(圖2 B)。高相關性基因富集于細胞粘附和RAS信號通路，低相關性基因富集于翻譯起始和氧化磷酸化(圖2C)。其后，發(fā)現(xiàn)并驗證了免疫富集的LUAD腫瘤與高純度腫瘤相比，其RNA和蛋白質水平具有更大的變異性(圖2D)。
圖2 基因、腫瘤RNA和蛋白質表達的相關性
3. 轉錄和蛋白決定患者存活率
通過MFS（無轉移生存率），確定了560個“存活蛋白”和155個“存活RNA”顯著相關。所有共表達的蛋白質和RNA都與 MFS風險比顯著相關（圖3A）。將生存蛋白和相應的對數(shù)風險比作為權重組合成蛋白生存特征，發(fā)現(xiàn)這些蛋白總表達可通過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：蛋白質相關性存在顯著差異（圖3C）。又通過CPTAC和APOLLO隊列驗證，發(fā)現(xiàn)LUAD患者的OS和MFS可通過獨立隊列的蛋白和RNA表達來預測(圖3D，3E)。
圖3 RNA和蛋白質表達決定患者生存
4. LUAD的蛋白質基因組分型
通過RNA表達將腫瘤劃分為TRU、PI和PP亞型，這些亞型存在不同組織學特征TRU（腺泡）、PI（實體）(圖4A)。整合RNA、蛋白質和磷酸化數(shù)據(jù)分析，在各亞型中確定了不同的過表達通路，TRU蛋白分泌及脂肪、肌肉形成的發(fā)育通路過表達，PI炎癥和干擾素-γ信號通路過表達，PP增殖相關通路過表達(圖4B)。比較腫瘤亞型與患者生存結局，發(fā)現(xiàn)表達亞型、組織學亞型與MFS顯著相關(圖4C)。
圖4 分子亞型特征和生存結果
5. LUAD亞型的綜合網(wǎng)絡建模
利用磷酸化修飾組學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分(圖5A)。然后，將已知的激酶底物、蛋白質-蛋白質和蛋白通路互作等信息整合到分型特異性網(wǎng)絡模型中，發(fā)現(xiàn)PI的網(wǎng)絡特征是驅動IFN-γ信號傳導和炎癥分子互作，TRU是EGFR信號過度活躍，PP是在免疫冷微環(huán)境中細胞周期和糖酵解生物過程增強(圖5)。
圖5 各亞型的蛋白質基因組網(wǎng)絡特征
小編小結
該研究報道了來自美國肺腺癌的蛋白質基因組學特征，通過分子分型擴展了疾病病因，并將RNA和蛋白的表達相關性與腫瘤免疫含量聯(lián)系起來，綜合分析揭示了分子亞型之間患者生存特征和治療干預靶點。
