文(wen)章題(ti)目：Proteogenomic characterization of small cell lung cancer identifies biological insights and subtype-specific therapeutic strategies

中文標(biao)題：小細胞(bao)肺癌的(de)蛋(dan)白質組學特(te)征確定生物學見解和(he)亞型(xing)特(te)異性(xing)治療策(ce)略(lve)

發表期刊：Cell

影響因子：42.5

發表時間：2024.01

樣本類型：人癌組織(zhi)和癌旁組織(zhi)

組學技術：WES、RNA-seq、ChIP-seq、蛋(dan)白質組、磷酸化蛋(dan)白質組

研究(jiu)背(bei)景

肺(fei)(fei)癌(ai)是全世界癌(ai)癥死亡的(de)(de)(de)主要原因。小細胞肺(fei)(fei)癌(ai) (SCLC) 占所有肺(fei)(fei)癌(ai)的(de)(de)(de) 15%，是最惡性和(he)(he)最致(zhi)命的(de)(de)(de)亞型(xing)。SCLC 是一種侵襲性神經內分(fen)泌 (NE) 癌(ai)，具有快速增殖、強轉移傾向和(he)(he)顯著(zhu)的(de)(de)(de)治療(liao)耐(nai)藥性，這導致(zhi)其(qi)預后極差。SCLC 在臨(lin)床病(bing)理(li)學(xue)、生物(wu)學(xue)和(he)(he)治療(liao)選(xuan)擇方(fang)面與非小細胞肺(fei)(fei)癌(ai) (NSCLC) 形成(cheng)鮮明對比。在過去的(de)(de)(de)幾十年里，患者的(de)(de)(de)生存率并(bing)沒有顯著(zhu)改善，SCLC 仍然處于精準醫療(liao)領域之外。

研究思路

蛋(dan)白(bai)質基因組研究策略：

1、蛋白(bai)質表達譜(pu)分析(xi)

通過研究基因組(zu)水(shui)(shui)平的(de)(de)轉(zhuan)錄信息和蛋(dan)白質組(zu)水(shui)(shui)平的(de)(de)表達信息，揭示基因轉(zhuan)錄與蛋(dan)白質表達之(zhi)間的(de)(de)相關(guan)性，以及轉(zhuan)錄后調控、翻譯后修飾等對(dui)蛋(dan)白質表達的(de)(de)影(ying)響。

2、蛋白(bai)質(zhi)亞型和(he)突變分析

分析(xi)基因組中的(de)突變、多態性和(he)(he)重要功能區域，探(tan)索其對(dui)蛋白質結構和(he)(he)功能的(de)影響(xiang)，以及與疾(ji)病發(fa)生和(he)(he)發(fa)展之間(jian)的(de)關聯(lian)。

3、蛋白質組學技術(shu)

基于質譜(pu)檢(jian)測的(de)蛋(dan)白(bai)質組學(xue)對蛋(dan)白(bai)質進行定(ding)性(xing)和(he)定(ding)量(liang)分(fen)析，揭示(shi)蛋(dan)白(bai)質在不(bu)同生理(li)(li)和(he)病理(li)(li)條件下的(de)表達和(he)修飾模(mo)式。

4、蛋白質與其他生(sheng)物(wu)分子(zi)的相互作(zuo)用

研究(jiu)蛋白質與DNA、RNA、小(xiao)分(fen)子化(hua)合物等其他生物分(fen)子之間的相互作(zuo)用，揭(jie)示(shi)蛋白質在細胞(bao)信號傳導(dao)、代謝調(diao)控等生物學過程中的作(zuo)用機制(zhi)。

5、蛋白質功能研究

通過(guo)基因(yin)編輯技術和功能(neng)組學方法(fa)，研究(jiu)蛋白質(zhi)在細(xi)胞(bao)信號傳導、代(dai)謝調(diao)控(kong)、細(xi)胞(bao)周期(qi)調(diao)控(kong)等生物學過(guo)程中(zhong)的(de)功能(neng)和調(diao)控(kong)機制。

研究(jiu)內容

1. SCLC的體細(xi)胞改變(bian)和突變(bian)譜

TU-SCLC樣本(ben)中(zhong)(zhong)最常見的(de)基因(yin)突(tu)變(bian)(bian)是TP53和RB1，在全體分(fen)析中(zhong)(zhong)發現(xian)僅有(you)9例患者(zhe)（8%）未見TP53和RB1基因(yin)突(tu)變(bian)(bian)。本(ben)研究中(zhong)(zhong)TP53的(de)突(tu)變(bian)(bian)率(lv)相較于(yu)西(xi)方人(ren)表現(xian)得(de)更(geng)低，而與日(ri)本(ben)人(ren)的(de)TP53突(tu)變(bian)(bian)率(lv)相當。在TU-SCLC樣本(ben)中(zhong)(zhong)的(de)腫瘤突(tu)變(bian)(bian)負擔（TMB）為每百(bai)萬堿基對有(you)5.45個非同(tong)義(yi)突(tu)變(bian)(bian)，根據(ju)中(zhong)(zhong)位值將患者(zhe)分(fen)為TMB-high和TMB-low兩組，可以觀察到(dao)TMB-high組的(de)患者(zhe)的(de)生存率(lv)高于(yu)TMB-low組的(de)患者(zhe)，這是由(you)于(yu)TMB高的(de)腫瘤更(geng)容易(yi)在細(xi)胞表面(mian)呈(cheng)現(xian)出異常蛋白而被免(mian)疫系統識別，對藥物治(zhi)療也更(geng)敏感，由(you)此獲得(de)更(geng)好的(de)預后。

TU-SCLC隊列的基因組(zu)圖譜(pu)

2. 通過綜合分析(xi)研究基因組畸變的(de)影響

在(zai)(zai)(zai)順式(shi)(shi)和(he)反(fan)式(shi)(shi)效(xiao)(xiao)應(ying)中檢測了體拷貝數（SCNA）對mRNA、蛋(dan)(dan)(dan)(dan)白(bai)質(zhi)、磷(lin)酸(suan)化蛋(dan)(dan)(dan)(dan)白(bai)的(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)，并分別觀(guan)察(cha)到(dao)5363、2177和(he)386個(ge)顯(xian)著順式(shi)(shi)效(xiao)(xiao)應(ying)相關(guan)(guan)的(de)(de)(de)改變。在(zai)(zai)(zai)染色體5q上(shang)(shang)觀(guan)察(cha)到(dao)反(fan)式(shi)(shi)關(guan)(guan)聯的(de)(de)(de)CAN區域，大多數反(fan)式(shi)(shi)效(xiao)(xiao)應(ying)與(yu)(yu)5q呈現(xian)(xian)(xian)負(fu)相關(guan)(guan)，且從mRNA到(dao)蛋(dan)(dan)(dan)(dan)白(bai)表達(da)呈現(xian)(xian)(xian)明顯(xian)負(fu)相關(guan)(guan)。5q確實與(yu)(yu)DNA復(fu)制、DNA修復(fu)和(he)細胞周期進程的(de)(de)(de)基(ji)因(yin)高表達(da)相關(guan)(guan)，因(yin)此5q的(de)(de)(de)缺(que)失(shi)可能通過CAN的(de)(de)(de)反(fan)式(shi)(shi)效(xiao)(xiao)應(ying)促(cu)進SCLC的(de)(de)(de)腫(zhong)瘤(liu)發生。在(zai)(zai)(zai)蛋(dan)(dan)(dan)(dan)白(bai)水(shui)(shui)平排名前十(shi)的(de)(de)(de)反(fan)式(shi)(shi)作(zuo)用事件中，TTF-1（甲(jia)狀腺轉錄(lu)因(yin)子(zi)，被(bei)(bei)公認(ren)為是肺癌的(de)(de)(de)標志物）、GNAS、TOP1等多個(ge)報道為SCLC的(de)(de)(de)原癌基(ji)因(yin)或藥(yao)物靶點(dian)CAN基(ji)因(yin)被(bei)(bei)富集。值得注意的(de)(de)(de)是，腫(zhong)瘤(liu)抑(yi)制因(yin)子(zi)RB1在(zai)(zai)(zai)蛋(dan)(dan)(dan)(dan)白(bai)水(shui)(shui)平上(shang)(shang)表現(xian)(xian)(xian)出(chu)拷貝數缺(que)失(shi)反(fan)式(shi)(shi)效(xiao)(xiao)應(ying)，對mRNA水(shui)(shui)平則(ze)幾(ji)乎沒有影(ying)(ying)響(xiang)；被(bei)(bei)反(fan)式(shi)(shi)效(xiao)(xiao)應(ying)影(ying)(ying)響(xiang)的(de)(de)(de)691個(ge)蛋(dan)(dan)(dan)(dan)白(bai)中524個(ge)蛋(dan)(dan)(dan)(dan)白(bai)與(yu)(yu)RB1缺(que)失(shi)正(zheng)相關(guan)(guan)，而其(qi)他167個(ge)負(fu)相關(guan)(guan)蛋(dan)(dan)(dan)(dan)白(bai)則(ze)富集在(zai)(zai)(zai)DNA與(yu)(yu)RNA行(xing)為相關(guan)(guan)通路(lu)，磷(lin)酸(suan)化蛋(dan)(dan)(dan)(dan)白(bai)組(zu)表現(xian)(xian)(xian)出(chu)同樣的(de)(de)(de)趨勢。上(shang)(shang)述結果表明RB1的(de)(de)(de)缺(que)失(shi)在(zai)(zai)(zai)蛋(dan)(dan)(dan)(dan)白(bai)水(shui)(shui)平表現(xian)(xian)(xian)出(chu)了強(qiang)烈的(de)(de)(de)反(fan)式(shi)(shi)效(xiao)(xiao)應(ying)，這可能是CNAs致癌與(yu)(yu)預后差(cha)的(de)(de)(de)重要原因(yin)。

SCLC 的體(ti)細(xi)胞改變(bian)和突變(bian)譜

3.腫瘤-NAT 比較揭示 SCLC 相關蛋白質組事件

對沒有(you)缺失值的(de)全蛋(dan)白(bai)組與磷酸(suan)化(hua)蛋(dan)白(bai)組進行分析，在(zai)生信分析中(zhong)發現(xian)腫(zhong)瘤-癌(ai)旁(pang)存在(zai)巨大的(de)功能差異。在(zai)經過校(xiao)正后仍表現(xian)出(chu)上升趨(qu)勢(shi)的(de)138個蛋(dan)白(bai)中(zhong)，重點研究(jiu)了25個SCLC相(xiang)關蛋(dan)白(bai)。腫(zhong)瘤中(zhong)磷酸(suan)化(hua)位(wei)點相(xiang)較于癌(ai)旁(pang)上升2倍(bei)的(de)1667個位(wei)點中(zhong)，有(you)1357個位(wei)點豐度變化(hua)大于相(xiang)應(ying)蛋(dan)白(bai)質豐度變化(hua)，根據(ju)底物(wu)磷酸(suan)化(hua)水平與相(xiang)應(ying)激酶激活(huo)(huo)位(wei)點推(tui)斷出(chu)激酶活(huo)(huo)性(xing)，21個中(zhong)鑒定到19個在(zai)SCLC中(zhong)活(huo)(huo)性(xing)增(zeng)加(jia)的(de)激酶，其中(zhong)5個激酶的(de)激活(huo)(huo)位(wei)點表達升高。

與腫瘤發(fa)生和預后相關的(de)蛋白質組改(gai)變

4. 對已識別的(de)與生存相關的(de)蛋白質進行功能分析

在(zai)(zai)監督分析(xi)中(zhong)(zhong)(zhong)，發現(xian)16種與患者生(sheng)(sheng)存相關(guan)(guan)(guan)的(de)差異表(biao)(biao)達(da)蛋(dan)白，其中(zhong)(zhong)(zhong)HMGB3在(zai)(zai)腫瘤中(zhong)(zhong)(zhong)高表(biao)(biao)達(da)與差的(de)生(sheng)(sheng)存率相關(guan)(guan)(guan)；而CASP10表(biao)(biao)達(da)降(jiang)低，與好的(de)預(yu)后相關(guan)(guan)(guan)，這些通過免疫(yi)組化（IHC）得以驗證(zheng)（圖4A-D）。HMGB3屬于高遷移(yi)基(ji)因超家族，在(zai)(zai)此前SCLC中(zhong)(zhong)(zhong)未見關(guan)(guan)(guan)于HMGB3的(de)相關(guan)(guan)(guan)報道。在(zai)(zai)H345細胞(bao)(bao)中(zhong)(zhong)(zhong)HMGB3的(de)過表(biao)(biao)達(da)增加(jia)了細胞(bao)(bao)遷移(yi)，敲除(chu)HMGB3則導致(zhi)細胞(bao)(bao)遷移(yi)率降(jiang)低（圖4E-F）。HMGB3被報道是一種調節(jie)基(ji)因轉錄(lu)的(de)DNA結合蛋(dan)白，在(zai)(zai)H345細胞(bao)(bao)中(zhong)(zhong)(zhong)過表(biao)(biao)達(da)HMGB3并進行染色質免疫(yi)沉淀測(ce)序(xu)（ChIP-seq）分析(xi)，結果發現(xian)HMGB3結合的(de)基(ji)因富集(ji)在(zai)(zai)控(kong)制細胞(bao)(bao)遷移(yi)表(biao)(biao)型(xing)等相關(guan)(guan)(guan)途徑上。

蛋白(bai)質組預(yu)后(hou)生(sheng)物(wu)標志物(wu)的(de)鑒定和驗證

5.TU-SCLC 隊列(lie)的免疫狀(zhuang)況

ESTIMATE免(mian)(mian)(mian)(mian)疫(yi)(yi)評分可用于評估免(mian)(mian)(mian)(mian)疫(yi)(yi)細胞(bao)浸潤(run)水平，結果表明SCLC患(huan)者(zhe)的性別、吸(xi)煙(yan)情(qing)況(kuang)、TNM分析和患(huan)者(zhe)的生存預(yu)后與(yu)免(mian)(mian)(mian)(mian)疫(yi)(yi)細胞(bao)浸潤(run)程(cheng)度相(xiang)關(guan)程(cheng)度高。對(dui)基于xcell衍生的腫瘤(liu)和癌(ai)旁(pang)細胞(bao)類(lei)(lei)型進行(xing)富集分類(lei)(lei)，在無監督聚類(lei)(lei)下(xia)獲得(de)三種免(mian)(mian)(mian)(mian)疫(yi)(yi)簇分別是熱腫瘤(liu)集、冷(leng)腫瘤(liu)集和癌(ai)旁(pang)富集三種，大多數腫瘤(liu)屬于免(mian)(mian)(mian)(mian)疫(yi)(yi)冷(leng)集，預(yu)后較差；免(mian)(mian)(mian)(mian)疫(yi)(yi)熱集則呈現出細胞(bao)毒性免(mian)(mian)(mian)(mian)疫(yi)(yi)細胞(bao)和免(mian)(mian)(mian)(mian)疫(yi)(yi)抑制信號(hao)的增強，且多條免(mian)(mian)(mian)(mian)疫(yi)(yi)相(xiang)關(guan)途徑上調。

在實(shi)驗(yan)中觀察到(dao)ZFHX3在免(mian)(mian)(mian)疫(yi)熱集(ji)(ji)中被富集(ji)(ji)到(dao)，通過(guo)NE與TMB評(ping)分都表明ZFHX3的(de)(de)(de)突(tu)(tu)變(bian)型(xing)要高于野生(sheng)型(xing)，提示ZFHX3突(tu)(tu)變(bian)能夠(gou)為患者帶來(lai)更好(hao)的(de)(de)(de)預后。在ZFHX3突(tu)(tu)變(bian)的(de)(de)(de)腫瘤中發現免(mian)(mian)(mian)疫(yi)相關細(xi)胞(bao)發生(sheng)上調(diao)，而(er)在ZFHX3突(tu)(tu)變(bian)的(de)(de)(de)癌旁組織未見統計學(xue)差異。于是作者認為ZFHX3可(ke)能是免(mian)(mian)(mian)疫(yi)治療生(sheng)存預后的(de)(de)(de)一種關鍵標(biao)志物，隨后又收集(ji)(ji)了12個治療前患者樣本，在主要病理反應(ying)（MPR）評(ping)估的(de)(de)(de)幫助(zhu)下發現，ZFHX3突(tu)(tu)變(bian)組的(de)(de)(de)患者經免(mian)(mian)(mian)疫(yi)治療后殘留的(de)(de)(de)腫瘤細(xi)胞(bao)不超過(guo)10%的(de)(de)(de)為100%，而(er)ZFHX3野生(sheng)組則僅有22%。

TU-SCLC 隊列的免疫狀(zhuang)況

6.具(ju)有(you)獨特(te)生(sheng)物學特(te)征的多組(zu)學亞型

整合(he)了(le)107例SCLC患者(zhe)的(de)mRNA、蛋(dan)白質和(he)(he)(he)磷酸化蛋(dan)白組(zu)的(de)數據(ju)通過非(fei)負(fu)矩(ju)陣(zhen)無監督聚類，將其分(fen)(fen)為四(si)個(ge)簇（nmf1-4），每個(ge)亞(ya)型都表現出不同的(de)CAN譜。TP53、RB1和(he)(he)(he)FAT1的(de)缺失在(zai)nmf1和(he)(he)(he)nmf2中被顯著富集(ji)，ZFHX3缺失主要在(zai)nmf1中體現；相比(bi)之下，致癌基因AURKA和(he)(he)(he)GNAS主要在(zai)nmf4中被富集(ji)（圖6A-C）。總之，多角(jiao)度多組(zu)學分(fen)(fen)析表明，SCLC腫瘤存(cun)在(zai)分(fen)(fen)子異(yi)質性，并強(qiang)調了(le)SCLC亞(ya)型特異(yi)性治療(liao)策略的(de)重要性與必要性。

TU-SCLC隊(dui)列的多(duo)組學(xue)分類及(ji)相應(ying)的生(sheng)物(wu)學(xue)特(te)征

7.SCLC 亞型特異(yi)性治(zhi)療策略

nmf1亞(ya)(ya)(ya)型(xing)表(biao)(biao)現(xian)出(chu)快(kuai)增殖、E2F活性(xing)和復制(zhi)(zhi)應(ying)激(ji)相關；nmf2亞(ya)(ya)(ya)型(xing)表(biao)(biao)現(xian)出(chu)DLL3蛋(dan)(dan)白(bai)水(shui)(shui)平升高(gao)，NOTCH轉錄靶REST的(de)(de)mRNA水(shui)(shui)平降低；nmf3亞(ya)(ya)(ya)型(xing)在磷酸化蛋(dan)(dan)白(bai)質(zhi)組中表(biao)(biao)現(xian)出(chu)RTK信號活性(xing)顯著(zhu)上調(diao)；nmf4亞(ya)(ya)(ya)型(xing)表(biao)(biao)現(xian)出(chu)MYC特(te)異性(xing)升高(gao)及MYC通(tong)路激(ji)活。作者通(tong)過(guo)RNA-seq、蛋(dan)(dan)白(bai)質(zhi)組學和磷酸化蛋(dan)(dan)白(bai)質(zhi)組學的(de)(de)手段分析(xi)了16例(li)SCLC患者來(lai)源(yuan)的(de)(de)異種移植(zhi)模型(xing)和6例(li)人SCLC細胞(bao)系來(lai)源(yuan)的(de)(de)異種移植(zhi)模型(xing)，其中10例(li)與(yu)nmf1一致(zhi)、3例(li)與(yu)nmf2一致(zhi)、5例(li)與(yu)nmf3一致(zhi)，4例(li)與(yu)nmf4一致(zhi)。基(ji)于(yu)對(dui)nmf1的(de)(de)發現(xian)，通(tong)過(guo)給藥依托泊苷(gan)+順鉑（E/P）抑(yi)制(zhi)(zhi)ATR/TOP1使得nmf1亞(ya)(ya)(ya)型(xing)被顯著(zhu)抑(yi)制(zhi)(zhi)表(biao)(biao)現(xian)出(chu)特(te)異性(xing)藥物敏(min)感；針對(dui)nmf3亞(ya)(ya)(ya)型(xing)則給予(yu)RTK抑(yi)制(zhi)(zhi)劑(ji)安羅替(ti)尼加(jia)以干預，同樣效果顯著(zhu)；nmf4亞(ya)(ya)(ya)型(xing)給予(yu)AURK抑(yi)制(zhi)(zhi)劑(ji)，與(yu)nmf1相比，nmf4細胞(bao)系對(dui)這些抑(yi)制(zhi)(zhi)劑(ji)更敏(min)感。

SCLC 亞型特異性治療(liao)策略

研究(jiu)結論

本研究使用(yong) 112 名接(jie)受手術切除的(de)初治(zhi)患者(zhe)的(de)配(pei)對腫(zhong)瘤和鄰近肺(fei)組織對小細(xi)胞肺(fei)癌進(jin)行了(le)(le)(le)全面的(de)蛋白質組學(xue)表(biao)征。綜合多(duo)組學(xue)分析闡(chan)明了(le)(le)(le)遺(yi)傳畸變下(xia)游的(de)癌癥生(sheng)物(wu)學(xue)，并(bing)強調(diao)了(le)(le)(le)FAT1突(tu)變、RB1缺失(shi)和染色體 5q丟(diu)失(shi)的(de)致癌作用(yong)。確定了(le)(le)(le)預后生(sheng)物(wu)標志物(wu) HMGB3 。HMGB3 的(de)過度表(biao)達通(tong)過細(xi)胞連接(jie)相(xiang)關基因的(de)轉錄調(diao)節(jie)促(cu)進(jin) SCLC 細(xi)胞遷移(yi)。免疫特征分析揭(jie)示了(le)(le)(le)ZFHX3突(tu)變與高(gao)免疫浸(jin)潤之(zhi)間的(de)關聯，并(bing)強調(diao)了(le)(le)(le)通(tong)過抑制 cGAS-STING 途徑提高(gao)DNA 損傷反(fan)應(ying)活(huo)性的(de)潛在免疫抑制作用(yong)。多(duo)組學(xue)聚類確定了(le)(le)(le)四種具(ju)有(you)亞型(xing)特異(yi)(yi)性治(zhi)療靶點的(de)亞型(xing)。基于細(xi)胞系和源(yuan)自患者(zhe)的(de)異(yi)(yi)種移(yi)植藥物(wu)測(ce)試驗(yan)證了(le)(le)(le)多(duo)組學(xue)亞型(xing)預測(ce)的(de)特定治(zhi)療反(fan)應(ying)。這項研究為更好地(di)了(le)(le)(le)解(jie) SCLC 生(sheng)物(wu)學(xue)和改善臨床實踐提供了(le)(le)(le)寶貴(gui)的(de)資源(yuan)和見解(jie)。