急性髓系白血�。ˋML）是一種臨床和遺傳異質性疾病，其特征是未成熟白血病細胞骨髓浸潤導致的骨髓衰竭。早期的基因組學研究已經幫助解決了 AML 的一些臨床異質性問題并揭示了特定的藥物靶點，但仍然存在許多挑戰。部分患者的基因組風險分層和臨床結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測價值有限，缺乏更加準確的預測標志物。此外，對很多已知AML突變基因的下游過程和藥物反應研究太少，迫切需要闡明AML的發病機制，尋找新的藥物靶點。

2022年3月，德國歌德大學的Hubert Serve，Thomas Oellerich和馬克斯·普朗克生物化學研究所Matthias Mann等團隊合作在Cancer Cell（IF 31.426）上發表題為"The proteogenomic subtypes of acute myeloid leukemia"的研究文章，他們對252例接受統一治療的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特征。其中兩種蛋白亞型與患者預后相關，但沒有一種與特定的基因組畸變相關。值得注意的是，一種僅在蛋白質組分析中存在的亞型（Mita-AML）以線粒體蛋白的高表達為特征，會導致不良預后，在強化誘導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合體I依賴的呼吸作用有關，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特征的五種AML蛋白亞型；
· 蛋白組學結果顯示Mito-AML是一種獨特的高危亞型；
· Mito-AML亞型對線粒體復合物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，分為發現隊列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）

技術路線
· 步驟1：急性髓系白血病蛋白組學分子分型；
· 步驟2：多組學整合描繪AML的蛋白基因組學圖譜；
· 步驟3：在獨立患者隊列中驗證Mito-AML亞型；
· 步驟4：Mito-AML亞型生物學特征與病理特征分析。

研究結果
1. 急性髓系白血病蛋白組學分子分型
研究者對發現隊列中的177例患者樣本進行DIA蛋白組學分析，共鑒定到6,522種蛋白。通過對蛋白質組數據進行無監督的分層聚類，發現患者可分為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特征：C-Mito 型高表達的線粒體蛋白和線粒體相關過程；C3 型RNA加工活躍；C4-6 型髓系白細胞活化和免疫反應增強。深入分析還發現不同亞型中轉錄因子和激酶的表達模式也存在明顯差異。后期臨床相關性分析發現 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. 多組學整合描繪AML的蛋白基因組學圖譜
為了更全面地了解患者間的異質性并了解不同分子層面之間的關系，研究者利用綜合多組學因素分析（MOFA）研究多個數據層（即蛋白質和基因表達、突變、細胞遺傳學）的協調變化過程。他們不僅發現不同數據層之間存在正關聯以及反向耦合，還確定了僅反映在單個數據層中的生物過程，28個驅動因素中12個僅在蛋白層面，5個僅在轉錄層面。深入分析發現劃分為C-Mito的患者亞群只反映在蛋白質組中，這也突顯了蛋白組學作為發現工具的重要性。

圖2 AML的蛋白基因組學特征
 

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果，利用Super-SILAC技術分析蛋白表達情況，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名被預測模型分類為C-Mito。對C-Mito預測貢獻最大的五個蛋白中，兩個與線粒體（CYRIB、MRPL19）相關，兩個與核孔復合體（NUP88、TPR）相關，這代表了C-Mito的濃縮預測特征，也為診斷標志物panel的建立奠定了基礎。

圖3 獨立患者隊列驗證Mito-AML亞型
 

4. Mito-AML亞型生物學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，發現它們大多屬于線粒體、核包膜和染色質調控三個類別，疊加先前發表的蛋白相互作用數據進行整合分析，最終獲得了表征 C-Mito亞型的蛋白互作網絡。
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蛋白組學檢測，共鑒定到8,573個蛋白，無監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據進行整合，研究者發現Mito-high亞型對線粒體復合體I，DNA 修復、組蛋白乙酰化和mTOR 信號通路等相關基因依賴性更高。最后通過藥物干預實驗，研究者證實Mito-AML 細胞對線粒體復合體I的靶向抑制劑 venetoclax 響應敏感。這一結果進一步證實了Mito-AML細胞與線粒體呼吸作用的相關性，也為該亞型AML的治療提供了新的思路。

圖4 Mito-AML亞型生物學特征與病理特征分析
 

小編小結
本研究整合多組學數據描繪了AML 的蛋白基因組學圖譜，并將其劃分為具有不同生物學特征的5個蛋白亞型。結合臨床數據，他們發現了一個僅在蛋白層面出現的特殊亞型Mito-AML，并該亞型的生物學特征和病理機制進行了深入探索。本研究加深了我們對AML 病理機制的理解，為AML臨床分類改進指出了新的方向，也為特定亞型Mita-AML提供了可能的治療干預措施。

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