Cell整合蛋白基因组学揭示儿童脑瘤

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Katherina

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兮

脑瘤在儿科肿瘤中具有极高的致死率。目前，针对儿童脑瘤的临床治疗具有很大的局限性。绝大多数小儿脑瘤即使突变率低，也无法应用靶向基因组的治疗方案。此外，许多小儿脑瘤是由于表观遗传异常，但到目前为止，尚无有效针对这些关键程序性异常变化的有效方法。近年来，伴随着定量质谱分析和生物信息学分析技术的日渐成熟，我们可以在基于基因组学的疾病进程研究中加入定量蛋白质组学的研究，结果发现，RNA转录水平丰度和蛋白质丰度在癌症中存在明显差异，由此，便也很好地解释了，基于基因组学的生物学发现往往和临床探究和治疗有很大的出入。

近日，医院CenterforData-DrivenDiscoveryinBiomedicine中心主任AdamC.Resnick团队与神经外科PhillipB.Storm的团队，美国Children’sNationalResearchInstitute临床肿瘤神经学主任BrianR.Rood的团队以及美国西奈山IcahnSchoolofMedicine的PeiWang教授团队在Cell发表题为IntegratedProteogenomicsCharacterizationacrossMajorHistologicalTypesofPediatricBrainCancer的文章。为了将蛋白质组学应用到儿童脑瘤的生物学研究中，他们进行了首次大规模综合性的蛋白基因组学分析，其中包括代表7种组织学诊断（包括低度神经胶质瘤（LGG），室管膜瘤（EP），高度神经胶质瘤（HGG），髓母细胞瘤（MB），神经节神经胶质瘤，颅咽管瘤（CP）和非典型性类畸形横纹肌瘤（ATRT））的来自位病人的个肿瘤样本的基因组学、转录组学以及广泛蛋白组学和磷酸化蛋白组学分析（图1所示为7种组织学类型的样本分布）。通过液相色谱和串联质量标记（TMT）的三级质谱分析个组织样品，他们力求证明将蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学纳入这项大规模多组学研究中有利于推动临床工作的进展。

图1

基于全球蛋白质组学数据的共识聚类确定了八个具有不同存活率，干细胞分数，淋巴细胞增殖指数和信号通路活性的蛋白质组学集群：①Ependy，②Medullo，③Aggressive，④Cranio/LGG-BRAFVE(C4)，⑤HGG-rich，⑥Ganglio-rich，⑦LGGBRAFWT-rich，⑧LGGBRAFFusion-rich(C8)（图2）。其中C4CP肿瘤的一部分与携带BRAFVE突变的LGG肿瘤相匹配，而其余的CP与富含LGGBRAFF的集群C8匹配。研究人员发现，C4和C8集群在与CP致癌因子CTNNB1的突变上没有明显差异，却更类似于成人CP相关的BRAFVE突变诱导模式。尽管儿科CP肿瘤缺乏BRAFVE突变，但却表现出与BRAFVELGG肿瘤相似的蛋白质组学变化，由此可以证实，某些儿科CP肿瘤可以用MEK抑制剂治疗策略（MEKi），该治疗手段也已经显示出成人CP的临床应用前景。为了验证目标蛋白质和亚磷酸酯的TMT测量，按照免疫多反应监测（MRM）实验方案，将定制的蛋白质/磷酸蛋白标记物组的靶向质谱实验应用于同一组肿瘤样品，MRM的测量证实了C4和C8集群在MEK/ERK/AKT激酶通路的实质差异，证实了基于MRM测定法在临床实践中对亚型进行分类讨论的可行性。

图2

在对小儿脑肿瘤的免疫浸润研究中，研究人员基于推断细胞比例的共识聚类确定了五组具有不同免疫和基质特征的肿瘤：Cold-medullo,Cold-mixed,Neuronal,Epithelial,andHot.将其与蛋白质组学进行比较发现，更具侵略性蛋白质组集群（Aggressive,Medullo,Ependy）的免疫浸润较低，而LGGBRAFWT-rich，LGGBRAFFFusion-rich和Cranio/LGG-BRAFVE的免疫浸润较高。Hot组包含LGG，HGG和神经节胶质瘤样品的混合物，其特征在于存在多种类型的免疫细胞，包括巨噬细胞，小胶质细胞和树突状细胞。Neuronal包含LGG，HGG和神经节胶质瘤肿瘤的混合物，但其独特之处在于对谷氨酸受体信号转导和神经元通讯和细胞生长活化所涉及的神经递质转运途径的上调作用。Epithelial的特征在于与EMT，CTLA4和PD-1分子免疫相关通路有关，所以免疫检查点疗法可能可以有效用于CP治疗。Cold-medullo,Cold-mixed显示出转录因子WNT,b-catenin复合物，对细胞凋亡和蛋白酶体对信号传导的上调作用（图3）。

图3

尽管针对RAF激活的肿瘤同时靶向MEK和mTOR通路是抑制RAF/MAPK产生耐药性之后的新策略，但是值得一提的是，研究人员在分析蛋白质组和磷酸化蛋白质组的变化特征后，进一步证实了该策略对LGG治疗的理论依据。在LGG治疗中，抗药性本身不是问题，但停药后的反应持久性才是真正需要考量的方面。总而言之，本次项目在多个生物学控制水平和跨越传统组织学边界的小儿脑肿瘤生物学研究中取得了重大进展。这些努力也证明了大规模蛋白质基因组学的潜力以及包容性合作解决方案的力量。