Cancer Cell：蛋白组与修饰组联合分析揭示成神经管细胞瘤分子分型
景杰生物/报道
编者按：髓母细胞瘤（Medulloblastoma）是颅内的一种恶性胶质瘤，主要发生于14岁以下的儿童，少见于20岁以上的成年人，该肿瘤高度恶性，具有生长快，手术难于清除干净，预后较差等特点。现有的组学研究集中于基因与转录水平，应用核酸测序的数据，业内普遍认可的髓母细胞瘤分子分型为WNT型、SHH型、Group3型和Group4型，然而目前的分型仍然存在较多的未知因素，且对于不同亚型的髓母细胞瘤也没有合适的靶向治疗手段。
蛋白质作为执行生物学功能的生物大分子，其变化情况以及翻译后修饰调控情况直接影响到各种生理或病理状态，越来越多的肿瘤或恶性疾病的系统生物学研究将目光从基因组和转录组上转移并聚焦到蛋白质组学与翻译后修饰上来，并在蛋白质水平以及翻译后修饰水平进一步细致的对疾病进行分子分型。
日前，在国际专业学术杂志Cancer Cell上报道了来自美国的研究者的最新的研究成果，研究者利用蛋白质组学技术，从蛋白质组学与磷酸化修饰等水平对髓母细胞瘤进行分子分型研究，发现新的分型依据并为肿瘤的靶向治疗提供可行的方向。
研究者利用45例髓母细胞瘤患者肿瘤样本作为研究对象，这些样本在前期的研究中已经具有详细的DNA甲基化数据，以及基因组和RNA测序数据，研究者在此基础之上，对这些样本进行蛋白质组学、磷酸化修饰组学（丝氨酸/苏氨酸/酪氨酸）、乙酰化组学分析，具体蛋白质组学分析流程如下（图1）：
图1：蛋白质组学与翻译后修饰组学工作流程
在本研究中，研究者在所有样本中共同鉴定到的蛋白质为10423种，磷酸化修饰位点19177个，乙酰化位点1676个。利用这些数据，研究者首先从蛋白质水平，将这些样本进行分子分型，并与DNA甲基化组学分型结果以及转录组测序分型结果进行比较。研究表明，应用蛋白质组学数据能够较为准确的区分WNT和Group4两个组别，但是在SHH和Group3两个分型中，蛋白质组学数据将这两类个体进一步细分为SHHa、SHHb型和G3a、G3b型（图2）。
对于这两种新产生的分型，研究者分别进行了进一步的研究，首先是对SHH下的两种类型，研究者发现二者之间富集到不同的蛋白表达水平，而且SHHb分型中蛋白水平与RNA水平的关联性非常差，且在谷氨酸突触信号通路上，大部分蛋白的表达水平在SHHa与SHHb分型中是相反的，说明了两种亚型之间存在较大差别的蛋白质差异，而这些差异并没有在RNA水平上表现出来（图3）。
研究者将目光转向G3分型，该分型在早期的转录组学研究中发现其中一部分患者（C1分型）具有多拷贝高表达转录因子MYC的特征，将RNA数据与蛋白质组学数据结合分析后发现，其中G3a组别与C1分型有一定程度的重叠，研究者对G3a分型中样本的MYC蛋白丰度和磷酸化修饰、乙酰化修饰水平进一步分析发现，相较于其他样本，G3a型患者肿瘤中MYC具有很高的磷酸化和乙酰化修饰水平（图4）。
图4：MYC磷酸化乙酰化修饰水平在不同样本中的变化情况，并通过免疫荧光染色技术验证
接下来，研究者就磷酸化组学数据，应用phosphoplus数据库和scansite数据库对调控磷酸化修饰发生的相关激酶进行预测并比较不同分型中对应的激酶表达水平，分析表明激酶PRKDC下游的靶点在G3和WNT分组中高显著富集，GSK3B是一种潜在的治疗靶点，在很多肿瘤中高表达，在髓母细胞瘤中的研究也发现其在G4和SHHb分型中GSK3B的底物存在上升的磷酸化水平（图5）。
图5：磷酸化组学的激酶预测分析
随后，研究者就PRKDC对MYC的调控进行验证，在MYC激活的髓母细胞瘤细胞系中发现高度磷酸化的MYC以及激活状态的PRKDC，且PRKDC与MYC在亚细胞层面具有共定位进一步阐明了二者之间的调控关系，且应用PRKDC抑制剂处理细胞后，MYC激活的肿瘤细胞表现出射线敏感的表型，为肿瘤的靶向治疗提供了线索。
最后，研究者应用独立开发的Omics Integrator 2软件将G3a以及SHHb亚型的蛋白组磷酸化基因组数据进行整合，系统性的呈现出两个亚型中蛋白互作调控网络，为更加深入理解肿瘤发生机制提供线索。
8月28日，肿瘤学专业期刊Cancer Research上发表了蛋白组学技术揭示乳腺癌分子分型的最新研究成果。以色列特拉维夫大学萨克勒医学院Tamar Geiger教授通过基于质谱的蛋白质组学分析了130多例乳腺癌样本，阐述了三种乳腺癌亚型和健康组织之间的肿瘤间异质性。无监督分析确定了四个蛋白质组，其中一个代表一种新的管腔亚型，其特征是增加的PI3K信号传导。（详情请点击：CANCER RES：临床蛋白质组学揭示乳腺癌新的分型）
与之相比，本文利用蛋白质谱技术，结合磷酸化、乙酰化等修饰组学，对髓母细胞瘤进行组学联合分析，成功的揭示出新的未为人知的髓母细胞瘤分型信息，提供了髓母细胞瘤治疗靶点的新依据。该项研究也向我们呈现出蛋白质组学尤其是翻译后修饰组学是突破肿瘤等复杂疾病的关键所在。
蛋白组学与肿瘤分子分型
1、分子分型与生物标记物：使用基于蛋白质组学的方法对肿瘤临床大样本进行检测，分析更贴近疾病表型的分子分型，寻找代表性的生物标志物；
2、药物精准开发：解析不同分型的样本的蛋白表达和修饰特征，寻找新的药物靶点和治疗方法，
3、肿瘤发生机理：以蛋白质组、修饰组分析结果为核心，同基因组、转录组和代谢组等其他维度的数据做关联分析，多维度解析肿瘤发生发展过程的全貌。
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参考文献：
Archer TC, Ehrenberger T, Mundt F, et al. Proteomics, Post-translational Modifications, and Integrative Analyses Reveal Molecular Heterogeneity within Medulloblastoma Subgroups. Cancer Cell. 2018;34(3):396-410.e8
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