Cell：蛋白基因组助力小儿脑瘤精准治疗

小儿脑肿瘤是儿童癌症死亡主要原因，发病率、致死率仅次于白血病。某些小儿脑瘤类型预后很差，5年生存率不到20%，如高级别胶质瘤和非典型畸胎样横纹肌样肿瘤。因此，深入了解小儿脑瘤发病机制以开发、制定更加有效的治疗方案，改善患儿的治疗策略迫在眉睫。尽管已有研究报道应用基因组学技术解析小儿脑肿瘤的发病机制，但是与成人脑瘤相比小儿脑瘤突变频率要低得多，且许多小儿脑瘤存在表观遗传异常；因此到目前为止尚缺乏针对小儿脑瘤有效的靶向治疗方案。近年来随着技术发展，通过整合基因组、转录组、蛋白质组和翻译后修饰组学数据对肿瘤进行更加精细的分型，为系统解析肿瘤分子机制以及肿瘤靶向治疗提供了新的思路。

2020年12月，来自美国西奈山伊坎医学院、华盛顿大学医学院和费城儿童医院等单位的联合研究团队在Cell（IF=36.2160）杂志上发表题为 《Integrated Proteogenomic Characterization across Major Histological Types of Pediatric Brain Cancer》的研究成果，该研究首次对多种不同类型的小儿脑肿瘤进行全基因组、转录组、蛋白质组和磷酸化蛋白质组学表征，全面系统揭示了不同小儿脑肿瘤类型的分子特征。该研究加深了人们对小儿脑肿瘤形成机制的认知，为小儿脑肿瘤靶向治疗提供新的见解。

研究材料：218例 小儿脑肿瘤组织样本（低级别神经胶质瘤（LGG）93例，室管膜瘤（EP）32例，高级别神经胶质瘤（HGG）25例，髓母细胞瘤（MB）22例，神经节神经胶质瘤（ganglioglioma）18例，颅咽管瘤（CP）16例和非典型畸胎样横纹肌样瘤（ATRT）12例）

技术方法：基因组、转录组、蛋白质组、磷酸化蛋白质组

实验方法简介：

步骤1：小儿脑肿瘤样本组学检测

步骤2：基因组、转录组、蛋白质组、磷酸化蛋白质组学

步骤3：基于蛋白质组学的分型

步骤4：小儿脑肿瘤免疫浸润分析

步骤5：基于磷酸化蛋白质组的激酶活性分析

步骤6：原发性和复发性肿瘤的差异比较

研究结果：

1、儿科脑肿瘤样本的蛋白质基因组学分析

研究者选取7种儿童脑癌组织学类型，来自199例受试者共218个肿瘤样本进行全基因组测序、RNA测序、蛋白质组和磷酸化蛋白质组学分析。通过对蛋白质组学数据共识聚类分析，将小儿脑肿瘤分为8种集群（亚型），它们具有不同的生存结果、干细胞分数、增殖指数和信号通路活性。

基于蛋白质组学小儿脑肿瘤分型

2、儿科脑肿瘤免疫浸润

为了探究肿瘤微环境中免疫细胞浸润情况，研究者基于转录组数据，通过共识聚类分析确定了5组具有不同免疫和基质特征的肿瘤类型：Cold-medullo, Cold-mixed, Neuronal, Epithelial和Hot。将组织学分型和组学聚类结果相比对，某些聚类的类型与组织学诊断分类结果相一致。但多组学联合分析表明某些样本中转录组和蛋白质组表达模式相关性较低，因此仅基于转录组数据的分型可能不够完善，例如基于蛋白组和磷酸化蛋白质组数据可将颅咽管瘤分为两种类型，而转录组学数据未观察到这种分类特征；不过在侵袭性强的肿瘤中蛋白和RNA两个层面表现出更高的相关性，其原因可能是侵袭性肿瘤通常具有很高的增殖能力，高度增殖的细胞中增强的翻译活性会导致RNA和蛋白质更相关。

小儿脑肿瘤免疫浸润分析

3、基于磷酸化蛋白质组学的激酶活性分析

蛋白激酶是潜在的药物靶标，对不同类型小儿脑瘤激酶激活特征的分析可为肿瘤的靶向治疗提供新的见解。研究人员构建了诊断特异的激酶-底物网络并通过实验验证其调控作用。CDK1\CKD2是参与细胞周期调控的蛋白依赖性激酶，在包括ATRT、MB、HGG和EP等增殖性更强的肿瘤中其表达升高。CDK1/2与某些底物的关联在不同肿瘤类型中共享，如在ATRT、MB、HGG和LGG中均检测到CDK2和MCM2在第139位丝氨酸存在关联。此外，在HGG和LGG中，CDK2和NPM1在第70位丝氨酸存在关联。参与神经胶质瘤细胞侵袭转移的蛋白激酶CaMK2A，根据对HGG的激酶-底物网络分析发现，CaMK2A与连接蛋白43（GJA1）第325位和314位丝氨酸高度相关，而连接蛋白43在这两个位点的磷酸化促进了神经胶质瘤和星形胶质细胞间的间隙连接组装，并驱动癌细胞迁移和神经胶质瘤的侵袭，由此提示了CaMK2A在胶质瘤侵袭中潜在作用。而根据蛋白丰度信息，CDK1/2和CaMK2A之间存在负调控。随后研究人员通过对23名小儿和年轻成人HGG队列进行TMT蛋白质组和磷酸化蛋白质组分析验证了CDK1/2和CaMK2A蛋白丰度存在负相关性，表明在HGG中存在两条不同的信号转导机制。

基于磷酸化蛋白质组学的激酶活性分析

4、原发性和复发性小儿脑肿瘤比较分析

此前的研究报道显示，原发性和复发性肿瘤具有不同的特征，为揭示两者间的差异，研究人员对同一个体的18对原发性和复发性肿瘤样本进行蛋白质基因组学分析。结果显示，原发性和复发性肿瘤具有不同的蛋白表达模式，它们被归类为不同的集群。另外，原发性和复发性肿瘤中信号通路的变化也不同，这提示原发与复发肿瘤可能具有不同的分子机制，因此有必要对复发肿瘤重新进行表征，以便制定更有效的治疗策略。

原发性和复发性肿瘤的比较

小编小结：

本研究整合基因组、转录组、蛋白质组和磷酸化蛋白质组学数据对小儿脑肿瘤进行了全面解析，基于蛋白质组学数据将小儿脑肿瘤分为8种类型，通过激酶-底物网络分析为信号通路活性以及药物靶点挖掘提供了新的认识。该研究将促进人们对小儿脑肿瘤发生分子机制的认识，从更精细的分子水平识别不同的肿瘤类型，为精准、有效的靶向治疗方案的确定提供理论依据。

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