Integrated pharmaco-proteogenomics defines two subgroups in isocitrate dehydrogenase wild-type glioblastoma with prognostic and therapeutic opportunities
整合的藥物蛋白質(zhì)組學(xué)定義了異檸檬酸脫氫酶野生型膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中的兩個亞型炭菌，具有預(yù)后和治療機(jī)會
期刊：Nat Commun鳞疲；影響因子：12.121
發(fā)表單位：延世大學(xué)醫(yī)學(xué)院等
導(dǎo) 讀
????多形膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM）是成人腦癌的致死形式藕赞，目前可用的治療程序谆趾，包括完全切除、放療和化療或與DNA烷基化替莫唑胺的組合在很大程度上是無效的勾缭。許多研究已經(jīng)基于基因組悼枢、轉(zhuǎn)錄組和表觀遺傳學(xué)等水平試圖確定主要致癌事件和治療干預(yù)可操作點(diǎn)，盡管做出了努力立哑，但這些基于突變和基于轉(zhuǎn)錄組的方法在臨床上的應(yīng)用仍然有限，建立預(yù)測性生物標(biāo)志物或患者分層策略以用于開發(fā)靶向療法仍是挑戰(zhàn)姻灶☆醮拢基于蛋白質(zhì)組的患者分層可能會提供一種更有效的方法來預(yù)測目標(biāo)藥物的預(yù)后和易感性，盡管一些研究已經(jīng)進(jìn)行了腦膠質(zhì)瘤組織樣本的蛋白質(zhì)組學(xué)分析产喉，但尚未報道GBM的大規(guī)模蛋白質(zhì)組學(xué)表征至耻。
????2020年7月發(fā)表在《Nature Communications》的一項(xiàng)研究中，對50個神經(jīng)膠質(zhì)瘤組織進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)和磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)檢測镊叁，同時整合了基因組尘颓、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和臨床信息。整合藥物-蛋白質(zhì)組學(xué)方法深入了解了GBM起源細(xì)胞中的腫瘤間和腫瘤內(nèi)異質(zhì)性晦譬、致癌信號傳導(dǎo)和代謝途徑疤苹，突出了IDH野生型GBM患者的潛在有效預(yù)后和治療策略。
摘 要
????由于腫瘤的高分子異質(zhì)性敛腌，目前對最具侵襲性的異檸檬酸脫氫酶1/2（IDH）野生型膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM）分子亞型的預(yù)后和治療相關(guān)性受到限制卧土。本研究描述了IDH野生型GBM腫瘤的獨(dú)特二元分類，它來自39種IDH野生型GBM以及IDH突變和低級神經(jīng)膠質(zhì)瘤對照的定量蛋白質(zhì)組分析像樊。具體來說尤莺，GBM蛋白質(zhì)組1（GPC1）腫瘤表現(xiàn)出Warburg樣特征，神經(jīng)干細(xì)胞標(biāo)記生棍、免疫檢查點(diǎn)配體和預(yù)后不良的生物標(biāo)記FKBP脯氨酰異構(gòu)酶9（FKBP9）颤霎。同時，GPC2腫瘤顯示出升高的與氧化磷酸化相關(guān)的蛋白質(zhì)涂滴，分化的少突膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物友酱，以及良好的預(yù)后生物標(biāo)志物磷酸甘油酸脫氫酶（PHGDH）。將這些蛋白質(zhì)組學(xué)特征與匹配的患者來源細(xì)胞（PDC）的藥理學(xué)特征相結(jié)合柔纵，發(fā)現(xiàn)mTORC1/2雙重抑制劑AZD2014對預(yù)后不良的PDC具有細(xì)胞毒性缔杉。分析結(jié)果將為GBM的預(yù)后和精確治療提供指導(dǎo)策略。
研究概要
1? ??蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)代表神經(jīng)膠質(zhì)瘤疾病狀態(tài)
????作者收集了39個IDH野生型GBM搁料、2個IDH突變型GBM和9個低度神經(jīng)膠質(zhì)瘤（LGG）樣本或详。外顯子組測序（WES）和RNA測序（RNA-seq）數(shù)據(jù)已顯示主要驅(qū)動基因突變的廣泛覆蓋，并確定了4種RNA分子譜亞型郭计。通過蛋白質(zhì)組學(xué)和磷酸化組學(xué)定量分析霸琴，鑒定了9367個蛋白質(zhì)和8020個氨基酸位點(diǎn)的磷酸化。除了某些持家功能的基因拣宏，包括核糖體和氧化磷酸化相關(guān)的基因外沈贝，蛋白表達(dá)水平一般與RNA水平呈正相關(guān)。通過對蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)進(jìn)行無監(jiān)督的層次聚類勋乾，結(jié)果與RNA亞型和臨床表型密切相關(guān)宋下，而與DNA水平的相似性無關(guān)嗡善，表明蛋白質(zhì)組可能比基因組更好地代表疾病狀態(tài)和基礎(chǔ)生物學(xué)。差異蛋白組分析顯示学歧，神經(jīng)膠質(zhì)瘤中參與細(xì)胞增殖和免疫反應(yīng)的蛋白質(zhì)水平升高罩引。IDH野生型神經(jīng)膠質(zhì)瘤的預(yù)后顯著低于IDH突變型，并與25個磷酸位點(diǎn)的磷酸化水平升高顯著相關(guān)枝笨≡恚總之，定量蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)可以通過臨床表型準(zhǔn)確地將神經(jīng)膠質(zhì)瘤樣品聚類横浑，并確定激活的途徑及其調(diào)節(jié)劑廷雅。
2? ??IDH野生型GBM的兩個蛋白質(zhì)組亞型
????通過對蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)的共識性聚類，作者確定了IDH野生型GBM的兩種穩(wěn)定的蛋白質(zhì)組學(xué)亞型隐轩，稱為GPC1和GPC2饺饭。兩種GPC亞型很大程度上獨(dú)立于四種RNA亞型。GPC1全局蛋白質(zhì)組表達(dá)模式與正常腦組織不同职车，而GPC2全局蛋白質(zhì)組表達(dá)則顯示正常的腦組織樣模式瘫俊。基于變異等位基因頻率（VAF）分布提鸟，GPC2腫瘤的純度與GPC1的純度沒有顯著差異军援，表明腫瘤中正常細(xì)胞的豐富并不有助于這些蛋白質(zhì)組學(xué)差異。在復(fù)發(fā)性腫瘤中觀察到亞型轉(zhuǎn)換称勋，很可能是由治療引起的。EGFRvIII和PIK3CA突變僅在GPC1腫瘤中發(fā)現(xiàn)涯竟，而TP53赡鲜、NF1、PTEN庐船、RB1和EGFR中的其他GBM驅(qū)動程序突變則相對均勻地分布在兩個亞型之間银酬。
3? ??OXPHOS相關(guān)蛋白決定了蛋白質(zhì)組學(xué)亞型
????蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)的主成分分析（PCA）顯示兩種GPC亞型的明顯區(qū)分毛嫉。對PC1高負(fù)荷蛋白質(zhì)的分析顯示，OXPHOS中涉及的蛋白質(zhì)顯著富集且在GPC1中的表達(dá)明顯低于GPC2妇菱，而亞型之間的OXPHOS mRNA水平?jīng)]有差異承粤。與正常細(xì)胞相比，GPC2腫瘤表達(dá)參與糖酵解闯团、絲氨酸生物合成辛臊、三羧酸（TCA）循環(huán)、谷氨酰胺分解和OXPHOS的蛋白質(zhì)水平相似房交，但水平明顯高于GPC1腫瘤中的蛋白質(zhì)水平彻舰，表明GPC2腫瘤主要通過OXPHOS產(chǎn)生ATP。與GPC2腫瘤相比涌萤，GPC1腫瘤表達(dá)更高水平的乳酸脫氫酶A（LDHA）和參與葡萄糖攝取淹遵、己糖激酶2（HK2）、戊糖磷酸途徑（PPP）和一碳途徑的蛋白質(zhì)负溪，表明GPC1腫瘤在代謝上依賴于Warburg效應(yīng)透揣。
4? ??PHGDH預(yù)測IDH野生型GBM的預(yù)后良好
????作者分析了GPC1和GPC2亞型的腦細(xì)胞起源密幔，發(fā)現(xiàn)GPC1腫瘤源于神經(jīng)干細(xì)胞楔脯，而GPC2腫瘤可能源于少突膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞。先前的研究確定了GBM預(yù)后基因表達(dá)生物標(biāo)志物胯甩，包括66個有利基因和205個不利基因昧廷。作者在蛋白質(zhì)水平進(jìn)行驗(yàn)證，GBM隊列的單變量Cox回歸分析確定了兩個對IDH野生型GBM有利的生物標(biāo)記偎箫，磷酸甘油酸脫氫酶（PHGDH）和Raftlin家族成員2（RFTN2）木柬，以及一個不利標(biāo)記，F(xiàn)KBP脯氨酰異構(gòu)酶9（FKBP9）淹办。FKBP9在GPC1中升高眉枕，而PHGDH和RFTN2在GPC2中更高。三種蛋白質(zhì)中，PHGDH是與隊列?中IDH野生型GBM患者更長生存期相關(guān)性最強(qiáng)的生物標(biāo)志物速挑。
5? ??GPC亞型的空間和細(xì)胞類型特征
????GBM在轉(zhuǎn)錄水平上具有明顯的腫瘤內(nèi)異質(zhì)性糜烹，單個腫瘤包含具有不同亞型和混雜細(xì)胞狀態(tài)光譜的細(xì)胞违诗，暗示優(yōu)勢細(xì)胞群可能決定了大塊腫瘤的代表性亞型。因此疮蹦，作者將GBM蛋白質(zhì)組學(xué)亞型分類與前人報道的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配诸迟。GPC1亞型的單個細(xì)胞中NSC標(biāo)記CD44和VIM顯著升高，而GPC2亞型的少突膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)記OLIG2愕乎、OSP和MOG以及星形膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)記SLC1A2和S100B升高阵苇。周圍環(huán)境主要決定了正常細(xì)胞群體的蛋白質(zhì)組學(xué)亞型，腫瘤核心中84％的正常細(xì)胞表現(xiàn)出GPC1特征感论，而外圍70％的正常細(xì)胞表現(xiàn)出GPC2特征绅项。由于兩個亞型顯示出不同的免疫逃避特性，作者進(jìn)一步研究了每個亞型的腫瘤單個細(xì)胞是否可變表達(dá)免疫檢查點(diǎn)配體比肄，發(fā)現(xiàn)PD-1配體PD-L1在GPC1腫瘤的腫瘤細(xì)胞中被上調(diào)快耿。這些結(jié)果表明GBM腫瘤包括屬于兩種GPC亞型的細(xì)胞，并且贅生性細(xì)胞亞型的比例影響總體腫瘤特征芳绩。此外掀亥，腫瘤核心的腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)出高度可變的GPC亞型，這表明腫瘤細(xì)胞的蛋白質(zhì)組亞型主要由癌癥內(nèi)在因素而非腫瘤微環(huán)境決定妥色。
6? ??GPC亞型對靶向療法的敏感性
????作者最后評估了對侵襲性GBM具有選擇性的靶向藥物惨驶。已知的藥物靶標(biāo)與藥物反應(yīng)密切相關(guān)，并在蛋白質(zhì)水平上觀察到藥物敏感性和靶標(biāo)通路激活關(guān)系敛助。坦度替尼粗卜、奧拉帕尼、克唑替尼和AZD2014可能是針對GPC1腫瘤的有希望的靶向治療纳击，而埃司莫德布和坎尼替尼對于GPC2腫瘤可能更有希望续扔。總而言之焕数，對患者匹配樣品中藥物蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)的綜合分析顯示纱昧，蛋白質(zhì)組學(xué)亞型相關(guān)和蛋白質(zhì)生物標(biāo)志物依賴性對靶向藥物的敏感性，這可能為將來GBM治療的患者分層策略提供更多見解堡赔。
討 論
????本研究綜合藥物蛋白質(zhì)組學(xué)分析突出顯示了使用蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)來了解GBM細(xì)胞起源衰絮、致癌信號傳導(dǎo)和代謝多樣性之間的聯(lián)系的重要性，所有這些都形成了獨(dú)特的二元分子亞型磷醋。研究數(shù)據(jù)闡明了與分子亞型狀態(tài)和生物標(biāo)記蛋白相關(guān)的獨(dú)特治療脆弱性猫牡，并提出了GBM的潛在有效治療策略。
