纷至沓来，Nat Commun：首次报道鳞状细胞肺癌的蛋白基因组学研究

景杰学术/解读

肺癌因其高发病率和死亡率是全球癌症患者死亡的主要原因，其5年生存率只有15.9%并且近几十年无显著改善。鳞状细胞肺癌（又称肺磷癌，Squamous cell lung cancer, SCC）是一种常见肺癌，约占原发性肺癌的40%～51%。针对鳞状细胞肺癌的靶向治疗几乎没有取得进展。基因组学和转录组学技术已经为SCC提供了重要见解，从而提供了初始的分子分类策略。然而，基因组和转录组学层面的改变如何影响肺癌的功能蛋白质组尚不完全清楚。

蛋白表达水平和信号通路的异常是肿瘤最常见的特征，近些年来的研究表明，相比于仅通过基因组分析，蛋白组和修饰组包含了更多的基因无法识别的新信息，这一观察引出了蛋白基因组学的概念，综合多组学数据的分析能够更全面的认识肿瘤，也为肿瘤未来的精准治疗提供新的思路和方向。

2019年临床肿瘤学的蛋白基因组学研究

2019.04 乳腺癌：Nat Commun：蛋白基因组学再下一城！系统揭示乳腺癌的全景画像

2019.03 前列腺癌：Cancer Cell：蛋白基因组学又一力作！研究揭示前列腺癌的多组学图谱

2019.01 胃癌：Cancer Cell：多维组学整合分析，揭示早期胃癌的分子特征

2018.12 ：NAT REV CLIN ONCOL重磅综述：基于质谱的蛋白基因组学在临床的应用前景

2019年8月，国际专业学术期刊Nature Communications在线发表了H. Lee Moffitt癌症中心的肿瘤学家Eric B. Haura课题组的鳞状细胞肺癌蛋白基因组学研究成果。研究采用质谱蛋白质组学、DNA和mRNA平行分析相结合的方式对鳞状细胞肺癌样本进行了分子分型，并确定了驱动这些肿瘤的关键基因的改变。这是目前对肺癌基因组学、转录组学和蛋白组学数据最深入的分析。

研究者整合了108个鳞状细胞肺癌（SCC）患者的DNA拷贝数，体细胞突变，RNA测序和表达蛋白质组学，一共鉴定了三种蛋白质组亚型，其中炎症亚型和氧化还原亚型占87％。在炎症亚型中，中性粒细胞，B细胞和单核细胞得到富集，并表达更多的PD-1。氧化还原亚型富集到氧化还原和谷胱甘肽途径，并且在3q2基因座中含有更多NFE2L2 / KEAP1改变和拷贝增加。蛋白质组学亚型与患者存活无关，但在炎症亚型中更常见的富含B细胞的三级淋巴结结构与更好的存活率相关。该工作为鳞状细胞肺癌生物学提供了强大的数据资源，为后续治疗提供了实验基础。

研究速读

1. 鉴定鳞状细胞肺癌的三种蛋白质组亚型

研究者整合了108个鳞状细胞肺癌（SCC）患者的DNA拷贝数，体细胞突变，RNA测序和表达蛋白质组学数据，共聚类分析鉴定到五个具有清晰表达模式的蛋白簇。结果如图1 所示，来自108个患者的肿瘤以列表示，绝对中值偏差的1000个最可变蛋白质以行表示。

Figure 1鉴定鳞状细胞肺癌的三种蛋白质组亚型

通路分析显示，前两个簇跟免疫相关，构成了“炎症”亚型（43个肿瘤，占40％）。接下来的两个簇跟氧化还原相关，构成“氧化还原”亚型（51个肿瘤，占47％）。第一个簇(Inflamed A) 包含23个肿瘤（占21％），与其他肿瘤相比，中性粒细胞相关蛋白的表达，包括MPO, DEFA1, DEFA3, LTF, ELANE, MMP9和RETN显著增高。与细胞外基质和中性粒细胞功能相关的S100蛋白也显著增高。第五个蛋白簇与Wnt /stromal信号转导相关，被称为“混合”亚型（14个肿瘤，占13％）。这些结果与Wilkerson等人的部分结论一致。

2. 炎症亚型富集到免疫相关的通路且PD-1基因表达提高

因为蛋白质组学分析表明了免疫功能，于是研究者使用RNAseq数据来推断浸润细胞类型。与蛋白质组学观察一致，炎症亚型具有最高的中位免疫评分。研究者接下来应用CIBERSORT来推断22种人类造血细胞表型。与其他亚型相比，炎症亚型的记忆B细胞、单核细胞和中性粒细胞的比例明显更高。浆细胞是在炎症亚型中比例降低的唯一细胞类型。在炎症亚型A和炎症亚型B的比较中，研究者发现A中的中性粒细胞、静息的NK细胞和活化的肥大细胞显着增高，而B中的调节性T细胞和记忆B细胞显着增高。

Figure 2. 炎症亚型主要富集免疫相关过程

3. 氧化还原亚型由NFE2L2 / KEAP1复合物中的基因组改变所驱动

氧化还原亚型A是第三个簇，它由12个样品（11％）组成。氧化还原亚型B由39个样品（36％）组成。这两个簇中的醛酮还原酶（AKR）和醇脱氢酶家族成员都处于高表达状态。AKR指征的是NFE2L2（NRF2）活性，它在鳞状细胞肺癌和肺腺癌中都有过表达。氧化还原亚型具有显着更高水平的TP63表达并且有富集到氧化还原、谷胱甘肽合成和角质化途径。

研究者进一步发现了拷贝数变化以及NFE2L2和KEAP1突变的关联性。氧化还原亚型肿瘤的拷贝数增加最多，其次是炎症亚型和混合亚型。与炎症亚型和混合亚型相比，氧化还原亚型肿瘤的拷贝数损失最多。为了比较突变体NFE2L2 / KEAP1蛋白质组与氧化还原亚型，研究者将NFE2L2, KEAP1单突变的肿瘤与NFE2L2和KEAP1野生型肿瘤进行比较，发现富集到了氧化还原肿瘤，并且还观察到NFE2L2信号传导的下游效应，包括氧化应激和谷胱甘肽途径。

研究者假设鳞状细胞肺癌治疗靶点可以通过整合高度相关的DNA拷贝数/mRNA/蛋白质变化与SCC细胞系中的RNA干扰筛选数据来得到鉴定。产生较高丰度蛋白的基因可能是疾病驱动因素，或许可以成为干预的靶点。

由于发现的代谢相关途径，并鉴定到NFE2L2和KEAP1驱动因子，研究者分析重点放在氧化还原亚型上。分别从基因拷贝数和转录本相关性方面鉴定到290个高度相关的蛋白，找出94个在氧化还原亚型中独有的高表达的蛋白。最后通过siRNA 的数据和活性检测鉴定出三个共有蛋白，分别是AKR1C3, PSAT1和 TP63。GSR, TFRC和 SERPINB5这三个蛋白被用于后续实验中。

Figure 3 氧化还原亚型富集到氧化应激通路和NFE2L2 / KEAP1基因的改变

4. 混合亚型与Wnt信号传导相关且基质浸润显著增加

跟其他肿瘤比起来，混合亚型表现出氧化还原和中性粒细胞途径显著下调的特点。混合亚型是三种亚型中最小的（14个肿瘤，占13％），并且在该亚型中仅有4种蛋白显着增加：CHRAC1, FN1, MARCKSL1和FHL2。蛋白质表达数据的主成分分析显示，混合亚型散布在两个炎症簇和氧化还原簇之间，这与该亚型缺乏通路富集一致。然而，FN1，MARCKSL1和FHL2可直接与Wnt /β-连环蛋白信号传导相关（CTNNB1）。与研究者的结果一致的是，混合亚型具有更多的肺腺癌突变。