PNAS：多维组学揭示AML潜在治疗靶点
景杰生物/报道
景杰编者按：2018年12月24日，来自加州大学（University of California）和新基制药（Celgene Corporation）的研究者在国际知名期刊PNAS 上在线发表了最新的研究成果。研究者利用多维组学整合分析，揭示了急性髓性白血病（AML）在阿扎胞苷（AZA）治疗下，DNA甲基化水平，转录水平与蛋白水平的整体变化情况，寻找到一部分潜在的AZA联合免疫治疗的靶点（细胞膜蛋白）。
急性髓性白血病（Acute myeloid leukemia, AML），是一种骨髓性造血芽细胞（而非淋巴性芽细胞）异常增殖的血液恶性肿瘤，是白血病的一种。其特点是骨髓内异常芽细胞的快速增殖而影响了正常造血细胞的产生。
急性髓性白血病是成年人最常见的急性白血病，发病率随年龄增长而增长，预后较差，大部分患者会在治疗之后短时间内发生复发，5年生存率仅为24%。目前主要的治疗药物为以下几种：
AML的主要治疗药物
其中新基制药开发的阿扎胞苷是一种DNA甲基转移酶抑制剂，作为标准化疗药物，广泛用于治疗AML以及MDS（Myelodysplastic syndromes，骨髓增生异常综合征）。
近期的研究表明，阿扎胞苷与单抗类药物的联合疗法能够更为显著地提高AML治疗效果。2018年11月8日得克萨斯大学MD安德森癌症中心的研究员报道了阿扎胞苷联合免疫检查点抑制剂纳武单抗治疗能够显著性提高复发或难治性急性髓性白血病患者的总体生存率，该研究结果发布在Cancer Discovery。
因此，更多的寻找可以与阿扎胞苷联合用药的免疫治疗靶点，成为提高AML治疗效果的突破口。本文中，加州大学与新基制药的研究院以四种AML细胞系（KG1a，HL60，HNT34以及AML193）为实验对象，建立AZA处理模型了。
研究者从AZA药物作用原理（抑制DNA甲基转移酶活性）出发，结合DNA甲基化组学，转录组学以及蛋白质组学（SILAC）三层次组学数据，探索AZA处理后，AML细胞的表面蛋白水平变化情况，寻找潜在的免疫治疗靶点。
图1：实验流程
研究者就三个层次组学依次进行分析。首先，在DNA甲基化修饰层面，研究者在四种细胞系中都发现了经AZA处理后大幅降低的DNA甲基化修饰位点，其中CpG区域DNA甲基化修饰水平降低最为明显，然而这些甲基化修饰变化的位点并不处于关键的基因区域。
其次，发生在基因启动子区域的CpG区域DNA甲基化水平变化极有可能影响基因转录，研究者随后分析了四种细胞系的RNA水平。相较于剧烈变化的DNA甲基化修饰水平，RNA水平的变化在四种细胞系中并不明显，其中只有4个基因（TRPM4，PPBP，MAGEB2，CREB5，GCNA）以及一个非编码基因LINC01088在四种细胞的AZA处理后均表现为上调。功能富集显示，在四种细胞的AZA处理后，凋亡、炎症反应、血小板活化等免疫应答通路相关基因上调，而tRNA氨基酸化、氨基酸合成等代谢相关通路基因下调。
图2：转录组功能富集聚类
最后，研究者将目标瞄准到细胞膜表面蛋白，应用SILAC蛋白质组学，一共定位到875种细胞膜蛋白，其中232种蛋白在四种细胞中都被鉴定出。比较DNA甲基化、转录以及蛋白质水平数据，研究发现相较于DNA甲基化，基因的转录与蛋白水平在AZA影响下变化较为一致。其中，细胞膜表面蛋白TRPM4在四种细胞系中都表现出AZA处理后上调，表明这是一种潜在的AML免疫治疗靶点，另外，结合之前已报到的数据，发现在HL60中上调的ADGRE3以及CR1能够作为AML亚型的潜在治疗靶点。
本文通过DNA甲基化、转录组、蛋白组三个层次多维组学联合分析揭示了AZA对AML治疗下单基因表达水平变化情况以及对不同功能调控通路的影响，不同细胞系对AZA处理的异质性反应表明需要进一步的个性化治疗方案配合AZA标准化疗方法，并最终揭示TRPM4、ADGRE3以及CR1能够作为潜在免疫治疗靶点，供后续联合治疗方案选择。
参考文献：
Leung KK, et al., (2019). Multiomics of azacitidine-treated AML cells reveals variable and convergent targets that remodel the cell-surface proteome. Proc Natl Acad Sci U S A.
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