Cancer Cell：多维组学整合分析，揭示早期胃癌的分子特征

Amy博士精准医学与蛋白组学 2019-06-30

景杰生物/报道

编者按：胃癌（Gastric Cancer，GC）起源于胃壁最表层的粘膜上皮细胞，在我国各种恶性肿瘤中居首位。而弥漫型胃癌（Diffuse Gastric Cancer，DGC）是胃癌组织学分型的一种, 其发病年龄低, 细胞分化程度低, 呈弥漫性生长, 多为低分化癌、印戒细胞癌、未分化癌。在年轻患者中诊断的GC，称为早发性胃癌（EOGC），强烈地富集弥漫性组织学特征，女性患者较多，且易发生高度转移，且治疗效果很差。

与肠型GC相比，弥漫型GC，特别是在年轻人群中进行的全基因组研究非常少见，因此无法满足对弥漫性GC的诊断和治疗的分子特征需求。

近日，来自韩国釜山国立大学医学院外科的Daehee Hwang教授团队，在Cancer Cell上发表了一篇很有意义的文章，题目为：Proteogenomic Characterization of Human Early-Onset Gastric Cancer。对年轻弥漫型胃癌（DGC）患者进行蛋白质组学分析，确定mRNA-蛋白质丰度与生存相关的相关性，并确定DGC的四种亚型。研究十分有价值，本文带大家深入了解。

1.EOGC 基因组和蛋白质组学分析

研究人员从80名年龄在45岁以下的EOGC患者中收集了成对的肿瘤和邻近的正常组织以及血液样本。这80个肿瘤包括74个弥漫型，3个肠型，2个混合型和1个炎性成肌细胞肿瘤。每位患者，都进行肿瘤和外周血单核细胞（PBMC）的外显子组测序。还进行了来自患者的肿瘤和邻近正常组织的RNA测序。此外，使用液相色谱-串联质谱分析进行肿瘤和邻近正常组织的全局蛋白质组、磷酸化蛋白质组和N-糖蛋白组的分析。

三种测序方法可分别鉴定：非同义单核苷酸变体（SNV）、转录本、肽/蛋白质和磷酸化和N-糖基化肽的水平。

2.蛋白组学与体细胞SNV关联分析

蛋白质数据如何为基因组数据提供补充信息是蛋白质组学分析中的一个基本问题。利用mRNA和蛋白质数据，具有非同义体细胞SNV的基因可以根据它们是否在可以在蛋白质数据中检测到而判断它们与GC的关联性。研究人员着重分析了体细胞SNV与蛋白磷酸化水平的相关性。TP53，CDH1，ARID1A和RHOA是在 EOGC、TCGA和HK cohort多群组中都表现有显著突变的基因。

作者鉴定出蛋白质磷酸化水平也在这些突变基因中显著增加。 其中，在80多种蛋白质中，CDH1，ARID1A和RHOA都显示出其与突变和蛋白磷酸化之间的相关性。这些蛋白质显著富集细胞粘附和迁移相关过程（细胞粘附，肌动蛋白细胞骨架组织，细胞极性和/或细胞运动的建立）和信号通路（EGFR，ERBB，PI3K-AKT，mTOR） ，WNT，MAPK，FOXO和/或Hippo信号传导）。蛋白质组学数据提供了许多无法从mRNA数据中获得的信息。

3.mRNA-蛋白质的相关性

随后作者对6,803个N/T配对基因的mRNA和蛋白质进行log 2相关性分析，然而二者的平均相关系数仅为0.28。其中具有强相关性的基因主要参与DNA复制、PPAR信号传导和氨基酸代谢；而具有弱相关性的基因参与剪接体，mRNA监测和蛋白水解。

接着研究人员评估了具有显著mRNA-蛋白质相关性基因的潜在临床表现。有趣的是，那些与存活显著相关的基因表现出更强的mRNA-蛋白相关性。另外，与存活正相关的基因与抗肿瘤过程相关，而与存活负相关的基因主要与与细胞侵袭的原始过程相关。

这些数据表明，与mRNA表达水平相比，mRNA-蛋白质相关性可以鉴定潜在的GC癌基因和肿瘤抑制因子。

4.整合分析早期胃癌的亚型

为了对早期胃癌（EOGC）的亚型进行分类，作者首先使用各种类型的数据分别对80名患者进行聚类。包括mRNA数据簇（RNA1-2），4个用于全局蛋白质组数据簇（Prot1-4），3个用于磷酸化蛋白质组数据簇（Phos1-3），以及3个用于N-糖蛋白质组数据簇（Gly1-3）。对mRNA，蛋白质，磷酸化和N-糖基化数据的整合聚类鉴定出了四种弥散性GC的亚型。四种亚型分别与增殖、免疫反应、代谢和侵袭有关。

5.基因突变-蛋白磷酸化之间的相关性

最后，作者用蛋白质组学数据进一步分析基因突变-蛋白磷酸化之间的相关性，它可用于推断融合基因与细胞信号传导的潜在影响。利用mRNA测序数据，使用FusionScan鉴定了105个体细胞融合基因。这些融合基因包括尾基因中具有完整激酶结构域的激酶融合物，包括可影响细胞信号传导的TRIM37-TLK2，CTNND1-ARHGAP42，EML4-ALK，EPS15-PIK3C2A，GFOD1-PRKCA，TFG-ROS1和ZNF823ATM。其中，发现TRIM37-TLK2，EPS15-PIK3C2A，GFOD1-PRKCA，TFG-ROS1和ZNF823-ATM与参与Toll样受体，T细胞和/或B细胞信号传导的蛋白质的磷酸化增加相关。

这些数据表明，蛋白质组学分析表明基因突变与细胞信号传导之间具有潜在互作。其中，GC亚型与免疫和侵袭相关途径的关联主要通过磷酸化和N-糖基化来识别。

总之，本文对年轻弥漫性胃癌（GCs）患者进行了蛋白质组学分析。磷酸化蛋白质组数据阐明了与基于突变-磷酸化相关性的体细胞突变相关的信号传导途径。mRNA和蛋白质丰度之间的相关性提供了与患者存活相关的潜在致癌基因和肿瘤抑制因子。

此外，mRNA、蛋白质、磷酸化和N-糖基化数据的整合聚类鉴定了四种弥散性GC的亚型。因此蛋白质组学分析提供了除基因组分析之外的其他信息，这可以提高对弥漫性GC中癌症分子生物学的理解，从而对患者更好的分层和治疗提供帮助。

参考文献

Dong-gi mun, et al., 2019, Proteogenomic Characterization of Human Early-Onset Gastric Cancer. Cancer Cell.

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