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「青莲聚焦」多组学联合深入揭示头颈部鳞状细胞癌分型及治疗靶点

2021-10-25 00:00:00

北京蛋白质组学



头颈部鳞状细胞癌(HNSCC)是全球第六大常见的上皮恶性肿瘤,大致可以分为HPV阳性和HPV阴性两种亚型。其中HPV阴性群体占所有HNSCC的百分之75左右,与HPV阳性HNSCC群体相比,具有独特的分子特征和更差的预后,然而对其系统性的分子层面研究仍然相对较少。



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今天和大家分享的是来自贝勒医学院、约翰·霍普金斯大学和美国国家癌症研究所(CPTAC)科学团队在Cancer Cell杂志(IF=26.602)上发表了题为“Proteogenomics offers insight to treating head and neck squamous cell carcinoma”的研究论文。利用蛋白质组学、磷酸化蛋白质组学、基因组学和转录组学等技术对108例HPV阴性HNSCC进行分析,通过多组学联合对HPV阴性HNSCC分型,并提供了遗传变异的功能见解,对HPV阴性HNSCC患者的准确治疗具有实际意义。

技术策略

110例未经治疗的原发性HNSCC肿瘤和配对的血液样品以及66例配对的癌旁正常组织(NAT)。样品进行全外显子测序(WES),全基因组测序(WGS),甲基化阵列,RNA测序(RNA-seq),microRNA测序(miRNA-seq)和TMT定量的蛋白质组和磷酸化蛋白质组分析。

结果速递

1.多组学联合分析HNSCC

北京蛋白质组分析鉴定到11744个蛋白,磷酸化蛋白质分析鉴定到8133个磷酸化蛋白及97210个磷酸化肽段。PCA分析显示蛋白质组和磷酸化蛋白质组数据上都能将肿瘤和NAT分开(图1B和1C)。基因层面,108例肿瘤中蛋白质与RNA丰度之间的相关系数为0.52,在样品层面为0.43。参与形成大型蛋白质复合物的基因,例如与补体激活、氧化磷酸化和转录起始相关的基因具有较低的蛋白质-RNA 相关性(图 1D)。在基于共表达的基因功能预测中,蛋白质数据大大优于 RNA 数据(图 1E),表明在决定基因功能方面,蛋白水平调节具有关键作用。研究人员还分析了遗传变异对同源蛋白质的影响。



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图1:多组学联合分析HNSCC



作者比较了63例肿瘤和配对NAT,鉴定到了与HNSCC相关的转录本、蛋白质和磷酸化位点。结果发现预后差的蛋白质/磷酸化蛋白富集的通路包括DNA复制、细胞周期和RNA加工,表明体细胞拷贝变异(SCNA)与不良预后之间存在潜在的关系。

2.Rb通路的蛋白基因组分析

常见影响细胞周期蛋白 D-CDK4/6-Rb 通路的遗传变异包括 CDKN2A 缺失(百分之57)和突变(百分之27)以及 CCND1 扩增(百分之32)(图2A)。肿瘤中CCND1 扩增通常与CCND1的RNA 和蛋白质水平升高有关(图2B和2C)。为了评估 CDKN2A 畸变和 CCND1 扩增对 CDK4/6-Rb 信号传导的影响,研究人员定义了三组即通路基因为野生型的样本含CDKN2A的杂合缺失(n=13)、p16畸变影响RNA表达但无CCND1扩增的样本(n=36)、p16畸变和CCND1扩增的样本(n=26),分析其平均磷酸化水平(Rb 磷酸化位点评分)(图2D)。结果说明CDKN2A和CCND1畸变并不总是导致CCND1蛋白和CDK4/6活性的增加。


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图2:细胞周期蛋白D-CDK4/6-Rb途径的蛋白基因组分析



从RNA数据推断的Rb磷酸化位点评分与E2F活性分数和多基因增殖分数(MGPS)显著相关(相关系数 = 0.50 和 0.47)(图2E)。然而,一些具有低Rb磷酸化位点评分的样品具有高E2F活性和MGPS,表明除了CDK4/6介导的磷酸化外,细胞周期的激活还通过其他机制进行。此外,研究人员还通过构建HPV阴性HNSCC患者异种移植(PDX)模型验证Rb对CDK4/6靶向的临床相关性。这些结果均支持了磷酸化Rb或总的Rb可以作为HPV阴性HNSCC中CDK4/6克制剂的标志物的假设。

3.多组学亚型和靶向治疗

通过整合多组学数据,使用无监督聚类分析将肿瘤分为cluster I II III(图3A),每种亚型分别与之前的RNA亚型分类进行相关性分析,发现显著相关。为了检验这些亚型在指导治疗选择中的效用,作者评估了它们与HNSCC靶向治疗生物标志物的相关性(图3B)。发现有32%的CIN肿瘤、62%的Basal肿瘤和83%的Immune肿瘤分别具有CDK克制剂,EGFR mAb和免疫疗法的巨大治疗潜力。



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图3:整合多组学的分型和亚型特异性的靶向治疗



此外,研究人员通过分析转录组和磷酸化蛋白质组学数据均表明EGFR配体而非EGFR本身是EGFR途径激活的限制因素。因此,作者提出在选择HNSCC患者进行抗EGFR mAb治疗时应使用EGFR配体丰度,而不是EGFR扩增或过表达。

总结

总之,本项研究利用了多组学联合分析扩展了对HPV阴性HNSCC的生物学理解,并提出了治疗假设,这些假设可以作为未来针对这种侵袭性癌症类型的分子引导准确治疗的临床前研究奠定基础。

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