Proteogenomics of Non-smoking Lung Cancer in East Asia Delineates Molecular Signatures of Pathogenesis and Progression
東亞非吸煙肺癌的蛋白質(zhì)組學(xué)描述了發(fā)病機(jī)理和進(jìn)展的分子特征
期刊：Cell；影響因子：38.637
發(fā)表單位：臺灣中央研究院等
導(dǎo) 讀
????在東亞地區(qū)，尤其是在女性當(dāng)中，未吸煙者的肺癌發(fā)病率是一個嚴(yán)重的健康問題福铅。同時，早期發(fā)病是東亞地區(qū)肺腺癌（LUAD）的顯著特征兔毒，尤其是對于從未吸煙者树灶。遺傳因素和環(huán)境致癌物暴露可能是導(dǎo)致這些人群差異的危險因素亿驾，然而，非吸煙相關(guān)的病因和致癌作用仍知之甚少骨杂。為了精確治療涂身，早期發(fā)現(xiàn)和預(yù)防可能會為患者帶來更好的治療方案。因此搓蚪，了解腫瘤發(fā)生的早期過程和進(jìn)展访得，以及與內(nèi)源性和環(huán)境誘變因子相關(guān)的因素至關(guān)重要，這些因素是認(rèn)識東亞地區(qū)非吸煙者的LUAD特征的基礎(chǔ)陕凹。
????幾項(xiàng)基因組研究已廣泛探索了LUAD的突變譜，其中大多數(shù)代表了以吸煙為主的人群鳄炉。多維蛋白質(zhì)組學(xué)策略涵蓋了癌組織的蛋白質(zhì)組和磷酸化蛋白質(zhì)組分析杜耙，并結(jié)合了基因組分析，闡明了新的疾病亞型和信號傳導(dǎo)途徑拂盯，以及治療發(fā)展的潛在目標(biāo)佑女。全面的蛋白基因組學(xué)分析可了解肺癌的病因和獨(dú)特特征，但目前缺乏對東亞地區(qū)非吸煙者LUAD的研究谈竿。
????2020年7月發(fā)表在《Cell》期刊上的一項(xiàng)研究中团驱，運(yùn)用蛋白基因組學(xué)針對中國臺灣收集的代表早期、女性為主空凸、非吸煙的東亞肺癌臨床樣本及配對正常組織展開全面表征嚎花。通過基因組、蛋白組和磷酸化修飾組學(xué)揭示了肺癌早期的臨床特征和發(fā)展過程中的分子標(biāo)志物呀洲，并且其中蛋白組層面的分型能夠識別出攜帶EGFR突變的早期患者的特征紊选。該研究對于早期非吸煙的患者診治具有重要的臨床意義。
摘 要
????東亞地區(qū)肺癌的特點(diǎn)是不吸煙者比例高道逗、早期發(fā)病和以表皮生長因子受體（EGFR）為主的突變兵罢。為了闡明這種獨(dú)特的疾病的分子表型，本研究對臺灣地區(qū)一個前瞻性收集的隊(duì)列進(jìn)行了深入的綜合蛋白質(zhì)組學(xué)研究滓窍，該隊(duì)列代表早期卖词、以女性為主、不吸煙的肺腺癌吏夯。綜合的基因組此蜈、蛋白質(zhì)組學(xué)和磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)分析描繪了不同的分子屬性和腫瘤進(jìn)展的標(biāo)志。突變特征分析揭示了與年齡和性別相關(guān)的突變機(jī)制噪生，其特征是在年輕女性中APOBEC突變特征的高患病率和在老年女性中環(huán)境致癌物樣突變特征的過度代表舶替。蛋白質(zhì)組學(xué)分類有助于區(qū)分早期EGFR患者的臨床特征突變。此外杠园，綜合的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)分析揭示了支持臨床分層的細(xì)胞重塑和提名的用于患者分層和治療干預(yù)的候選生物標(biāo)志物顾瞪。這種多組學(xué)的分子結(jié)構(gòu)可能有助于制定早期不吸煙肺腺癌的治療策略。
強(qiáng) 調(diào)
????東亞地區(qū)第一個非吸煙肺腺癌的深層蛋白質(zhì)組學(xué)景觀；
????確定年齡陈醒、性別相關(guān)的內(nèi)源性和環(huán)境致癌物致突變過程惕橙；
????蛋白質(zhì)組信息分類可在早期階段區(qū)分出臨床特征；
????蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)確定了腫瘤發(fā)生標(biāo)志钉跷，生物標(biāo)志物和可藥物靶向弥鹦。
研究概要
1? ??東亞肺腺癌的蛋白質(zhì)組學(xué)景觀凸顯了人口統(tǒng)計(jì)學(xué)差異和進(jìn)展標(biāo)志
????作者收集了來自臺灣的103例肺腺癌患者（TW隊(duì)列）的匹配腫瘤和正常組織，進(jìn)行外顯子組測序（WES）爷辙、RNA-seq彬坏、蛋白質(zhì)組學(xué)和磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)檢測∠チ溃基因組分析鑒定出23145個非同義的體細(xì)胞單核苷酸變異（SNV）栓始，在轉(zhuǎn)錄水平定量了30155個RNA，蛋白質(zhì)譜定量了10000多種獨(dú)特的蛋白質(zhì)和20000個磷酸位血当。EGFR突變發(fā)生在大多數(shù)患者中（85％）幻赚，隨后是TP53（33％）和RBM10（20％）。TW和TCGA隊(duì)列中SNV的總體比例不同臊旭，C>T轉(zhuǎn)變在TW隊(duì)列中最常見落恼，而與吸煙相關(guān)的C>A在TCGA隊(duì)列中最常見。TW隊(duì)列中离熏，吸煙者和非吸煙者之間C>A轉(zhuǎn)換沒有顯著差異佳谦。觀察結(jié)果表明，與吸煙相關(guān)的特征較不明顯滋戳，這暗示了其他因素導(dǎo)致了TW隊(duì)列的基因組格局吠昭。
????轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)水平的主成分分析（PCA）均顯示腫瘤和正常組織的清晰分離，并揭示了更高的腫瘤變異性钝满。DNA復(fù)制兜粘、糖酵解、谷胱甘肽代謝和免疫相關(guān)途徑在轉(zhuǎn)錄組中上調(diào)弯蚜，而DNA修復(fù)孔轴、蛋白質(zhì)加工和運(yùn)輸途徑的上調(diào)以及細(xì)胞粘附相關(guān)途徑的下調(diào)在蛋白水平上更明顯。非小細(xì)胞肺癌途徑中碎捺，大多數(shù)蛋白質(zhì)及其磷酸化位點(diǎn)受到差異調(diào)節(jié)路鹰。Raf/MEK/ERK軸上的磷酸化位點(diǎn)顯示出較高的患者間差異贷洲，表明MAPK通路在患者中的特異性調(diào)控。
????為了闡明腫瘤進(jìn)展的分子動力學(xué)晋柱，作者將患者分為三組：IA优构、IB和≥II期，并通過聚類將差異表達(dá)的蛋白質(zhì)和RNA進(jìn)一步分為兩個亞型雁竞。兩個分子亞型之間钦椭，DNA復(fù)制、糖酵解碑诉、蛋白酶體彪腔、抗菌體液反應(yīng)、糖基轉(zhuǎn)移酶和肌動蛋白絲組織等幾個關(guān)鍵過程較為一致进栽。細(xì)胞間通訊德挣、信號傳導(dǎo)和質(zhì)膜中起作用的蛋白質(zhì)，例如整合素泪幌、G蛋白偶聯(lián)受體、離子通道署照、適應(yīng)性免疫和抗原呈遞祸泪，在發(fā)展過程中呈現(xiàn)出總體的負(fù)調(diào)節(jié)趨勢。在后期階段建芙，糖酵解没隘、DNA復(fù)制、應(yīng)激反應(yīng)以及蛋白質(zhì)加工禁荸、周轉(zhuǎn)和運(yùn)輸過程中的蛋白質(zhì)上調(diào)右蒲。DNA復(fù)制和修復(fù)過程的上調(diào)以及纖毛裝配基因的缺失在RNA水平上最為突出。這些結(jié)果凸顯了多組學(xué)整合對鑒定腫瘤進(jìn)展過程中分子穩(wěn)態(tài)失調(diào)的重要性赶熟，向更晚期癌癥階段的細(xì)胞轉(zhuǎn)化的特征是復(fù)制過程中RNA到蛋白質(zhì)的整體活化以及與質(zhì)膜信號傳導(dǎo)和通訊有關(guān)的蛋白質(zhì)組負(fù)調(diào)控瑰妄。
2? ??基因組改變對非小細(xì)胞肺癌蛋白質(zhì)組的影響
????隨后地技，作者描述了隊(duì)列中基因組畸變導(dǎo)致的轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組改變蜈七。共鑒定了對應(yīng)于319種蛋白質(zhì)的337種突變肽，其中包括15個癌癥驅(qū)動基因的變異同工型莫矗。RBM10中的截?cái)嗤蛔儗NA和蛋白質(zhì)水平均顯示出負(fù)面影響飒硅，而KRAS砂缩、LABM1和PIK3CA可能與穩(wěn)定性增加有關(guān)。EGFR激活突變（L858R和Del19）與S1064和Y1197的磷酸化增加相關(guān)狡相，反映了患者體內(nèi)EGFR突變的激活梯轻。通過磷酸化水平的相關(guān)性分析，EGFR-pY1197與MAP2K2-pT394的正相關(guān)可證明MAPK信號的下游激活尽棕。在不吸煙的不同EGFR患者中觀察到MAPK途徑活性的變化激活突變喳挑，并且還受到TP53突變的影響，具有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的晚期腫瘤顯示出較低的MAPK活性滔悉。
????通過定量性狀基因座（QTL）分析確定體細(xì)胞突變在RNA和蛋白質(zhì)水平上的間接影響伊诵，共鑒定出359個變體RNA和87個變體蛋白相互作用，TP53基因座是eQTL和pQTL熱點(diǎn)回官。eQTL和pQTL都顯示TP53突變與細(xì)胞周期基因有強(qiáng)正相關(guān)曹宴，其中包括蛋白質(zhì)水平的微染色體維持復(fù)合物（MCM）和TOP2A的6個亞基。TP53之間的pQTLKIT致癌基因的突變和較低的豐度可能解釋了MAPK的低活性歉提。TP53突變與參與DNA濃縮和重組的蛋白和DNA損傷蛋白的更高磷酸化呈正相關(guān)笛坦，代表潛在的治療靶點(diǎn)。這些結(jié)果顯示苔巨，MAPK級聯(lián)內(nèi)的蛋白質(zhì)磷酸化協(xié)同作用可由EGFR和KRAS突變解釋版扩，并且與腫瘤分期和TP53突變負(fù)相關(guān)。TP53突變也影響了DNA復(fù)制侄泽、DNA拓?fù)錉顟B(tài)以及對DNA損傷的響應(yīng)礁芦。
3? ??與內(nèi)源性和環(huán)境突變和蛋白基因組學(xué)影響相關(guān)的突變概況
????作者使用非負(fù)矩陣分解（NMF）分析了突變的三核苷酸序列基序的頻率未状，鑒定了五個突變譜，并通過分析突變特征和體外環(huán)境因子的余弦相似性析桥，揭示了內(nèi)源性和外源性誘變劑在這些特征譜中的潛在作用娩践。其中，具有突變譜II和V的腫瘤與APOBEC簽名正相關(guān)烹骨。APOBEC突變特征與C>T和C>G突變有關(guān)翻伺，具有高APOBEC特征和EGFR未突變的女性比具有低APOBEC特征和EGFR激活突變的女性更年輕，而在男性患者中未觀察到類似趨勢沮焕，凸顯了APOBEC誘變對女性非吸煙LUAD早期發(fā)作的潛在和獨(dú)特貢獻(xiàn)吨岭。通過預(yù)測腫瘤抗原負(fù)荷以及比較APOBEC和致癌樣特征，富含烷化劑樣特征的腫瘤顯示出更多的可能被T細(xì)胞識別的新抗原峦树，提示可能更易于進(jìn)行免疫治療辣辫。此外旦事，為了鑒定可能受環(huán)境因素誘變的染色體區(qū)域，通過將體細(xì)胞突變疊加在致癌物簽名上進(jìn)行染色體富集分析急灭，顯示富含致癌物標(biāo)記的染色體區(qū)域與癌基因或抑癌基因（如TP53姐浮、ERBB2、MYC和APC）的基因組位置重疊葬馋，但這些模式是否代表了東亞地區(qū)更高頻率的驅(qū)動突變易感性仍有待研究卖鲤。
????作者繼續(xù)在蛋白質(zhì)組和磷酸化蛋白質(zhì)組水平上調(diào)查了APOBEC突變特征的來源和后果蒋院。在蛋白質(zhì)水平上亏钩，至少30％的患者中發(fā)現(xiàn)了與APOBEC誘變有關(guān)的APOBEC3家族的6個成員的上調(diào)。在女性患者中進(jìn)行的通路分析顯示欺旧，具有高APOBEC簽名的腫瘤中姑丑，涉及DNA修復(fù)和復(fù)制的蛋白質(zhì)更為豐富。激酶富集分析將AurB切端、CK2彻坛、CDK1和CDK2鑒定為APOBEC高女性組中最活躍的活化激酶顷啼，提示CDK1踏枣、CDK2和AurB可能作為干預(yù)候選物。
????為了評估致癌物簽名的功能影響钙蒙，作者使用轉(zhuǎn)錄組茵瀑、蛋白質(zhì)組學(xué)和磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行富集分析。帶有PAH或硝基PAH信號的腫瘤顯示與化學(xué)致癌物的代謝和解毒相關(guān)的途徑顯著富集躬厌，包括已知有助于致癌的AHR和細(xì)胞色素P450途徑马昨。DNA修復(fù)、ERBB/MAPK途徑和TLR/RIG-1 T細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)主導(dǎo)了硝基PAH和亞硝胺樣基團(tuán)扛施，這可能與早期的腫瘤起始鸿捧、細(xì)胞增殖、EMT惡性進(jìn)展和免疫調(diào)節(jié)有關(guān)致癌作用疙渣。
4? ??蛋白質(zhì)組亞型展現(xiàn)了早期肺腺癌的異質(zhì)性
????作者基于蛋白質(zhì)學(xué)數(shù)據(jù)的無監(jiān)督共識聚類哗伯，將隊(duì)列中的腺癌患者分類為3種分子亞型荒揣。蛋白質(zhì)組學(xué)亞型與臨床特征的比對揭示了通過腫瘤分期以及通過驅(qū)動程序突變的強(qiáng)烈分離。亞型1包括最大的一組焊刹，即晚期腫瘤（≥II）系任、過度內(nèi)臟性胸膜浸潤、TP53突變和最高突變負(fù)荷伴澄。亞型2是一個較小的組赋除，由沒有EGFR -L858R突變的早期患者（主要是IA和IB）組成。亞型3顯示早期（IA階段）的過度代表非凌，主要缺乏TP53突變举农。亞型之間差異磷酸位點(diǎn)在癌癥通路、PI3K-AKT信號通路和細(xì)胞周期中顯著富集敞嗡。所有患有雙重EGFR -L858R/TP53突變型腫瘤的IB患者均發(fā)現(xiàn)于晚期類颁糟，IB期EGFR患者與Del19患者相比，-L858R的總生存期明顯較低。最后爬橡，作者還通過差異表達(dá)分析定義了一組生物標(biāo)志物候選物原环，以區(qū)分早期或晚期腫瘤，并進(jìn)行了藥物靶向分析婚脱。
5? ??蛋白質(zhì)組學(xué)亞型的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)表征確定候選生物標(biāo)志物和可藥用靶標(biāo)
????作者使用蛋白組學(xué)數(shù)據(jù)構(gòu)建了共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)篮洁，突出顯示了在通訊和微環(huán)境調(diào)節(jié)中具有作用的分子。為了識別潛在的藥物靶標(biāo)殃姓，根據(jù)藥物基因相互作用數(shù)據(jù)庫中分類的已知抑制劑對網(wǎng)絡(luò)上的所有可藥物化蛋白進(jìn)行定位袁波。著眼于最受調(diào)控的基質(zhì)蛋白，發(fā)現(xiàn)基底膜和ECM相關(guān)蛋白大多被下調(diào)蜗侈，而ECM調(diào)節(jié)劑（包括MMP和組織蛋白酶）被上調(diào)篷牌。已有報(bào)道過表達(dá)MMP以調(diào)節(jié)肺惡性腫瘤及其作為治療靶標(biāo)的用途。為了評估其作為生物標(biāo)志物候選物的潛力踏幻，在另一名具有生存數(shù)據(jù)的117例早期患者的獨(dú)立回顧性隊(duì)列中枷颊，對選定的MMP進(jìn)行了免疫組織化學(xué)染色，顯示MMP11和MMP7的強(qiáng)表達(dá)與總生存期差有關(guān)，表明其潛在的預(yù)后價值偷卧。因此豺瘤，MMP作為潛在的生物標(biāo)記物，可能有助于非小細(xì)胞肺癌的早期檢測和治療听诸。
討 論
????本研究通過對腫瘤和鄰近正常組織進(jìn)行深度剖析來呈現(xiàn)東亞LUAD的第一個蛋白質(zhì)組學(xué)景觀渊鞋。分析結(jié)果為不吸煙者早期LUAD的多層分子結(jié)構(gòu)提供了全面的見解，包括體細(xì)胞突變瞧挤、內(nèi)源性和外源性環(huán)境突變特征锡宋、蛋白質(zhì)組亞型以及磷酸化改變。研究揭示了LUAD早期階段的分子結(jié)構(gòu)和腫瘤進(jìn)展的標(biāo)志特恬，并可能為在東亞治療非吸煙型肺癌提供精確的醫(yī)學(xué)途徑执俩。
