Nat Genet最新 | 多组学分析揭示高级别浆液性卵巢癌耐药机制

2023-03-08 22:46:12, 景杰生物杭州景杰生物科技股份有限公司

景杰生物 | 报道

卵巢癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，高级别浆液性卵巢癌（high-grade serous ovarian cancer，HGSC）是最为恶性的亚型之一。通常情况下，HGSC患者存在同源重组（HR）DNA修复缺陷。这种类型的肿瘤患者初期对药物治疗具有敏感性，但随着时间的推移，通常会出现获得性耐药。

HGSC具有多种同源重组（HR）相关基因的缺陷，如BRCA1/2、RAD51C/D、PALB2和BRIP1等基因缺陷。虽然HR缺陷会使肿瘤患者在治疗前期对铂类化疗药物和聚合酶酶链反应抑制剂（PARPi）更加敏感，但是随着治疗的逐渐发展，这些药物的有效性受到了限制。目前关于HR缺陷型HGSC的耐药演变机制有待进一步研究。

2023年2月27日，墨尔本大学研究团队在Nature Genetics发表题为“Multiomic analysis of homologous recombination-deficient end-stage high-grade serous ovarian cancer”的重要研究成果。研究者通过对HGSC患者尸检样本的原位肿瘤以及转移部位的肿瘤进行了基因组测序、转录组测序、空间蛋白质组学、甲基化修饰检测等组学检测，提供了一个独特的方式来探索HGSC终末期疾病的病理机制以及对药物治疗的耐药性演变机制。

1 终末期 HR 缺陷型 HGSC存在多克隆性

研究者研究了15 名患有BRCA1/2或BRIP1种系或体细胞突变的患者，所有患者最初都对铂类药物敏感。研究者在尸检时收集了每位患者包括原发性和复发性肿瘤在内的18个样本。对每位患者的3~8个肿瘤样本以及对应的全血/正常组织进行了全基因组测序（WGS），检查终末期HGSC患者的基因特征。还对参与 DNA 修复或涉及 HR 缺陷型 HGSC 抗性的63个基因进行了深度靶向 DNA 测序。

结果表明，所有患者均患有多克隆疾病（中位数为 5 个克隆，范围为 2 到 9），末端克隆的癌细胞频率 (CCF) 较低，表明存在多种亚克隆耐药机制，而不是压倒性的单一克隆。此外，患者体内不同位置样本的靶向测序显示很少有共享突变，结构变异（SV）和染色体异常的患者内部异质性也很明显。以上均表明HGSC患者内部存在明显的异质性。

图1 终末期 HGSC 队列、样本和实验方式

2 终末期 HGSC 的基因组景观

与原发疾病相比，人们对终末期 HGSC 中存在的基因组变化知之甚少。因此研究者进一步检查了终末期HGSC其他常见突变、拷贝数畸变和 WGS突变特征等情况。研究者首先验证了TP53的突变情况，发现TP53突变在 HGSC 中几乎普遍存在。但是患者体内不同位点通常呈现不同的突变特征丰度，表明患者体内不同部位也存在异质性。除了患者内异质性之外，肿瘤突变负荷指数和结构变异指数在患者之间存在很大的异质性。

研究者在54 个尸检样本中的 24 个中观察到PIK3CA的扩增，并且是全基因组复制 (WGD)肿瘤所独有的，除了PIK3CA之外，研究者还观察到多种畸变汇聚在患者间和患者样本内的 PI-3 激酶-AKT-mTOR 通路上，表明这些基因突变可能与患者药物治疗耐受有关。

图2 尸检时 HGSC 基因组景观的总结

3 终末期HGSC中免疫细胞的时空异质性

鉴于免疫环境在 HGSC 中的重要性，研究者评估了免疫浸润的情况。研究者通过多色免疫荧光 (mcIF)检测CD8⁺T细胞，CD4⁺T细胞，调节性T细胞、B细胞、浆细胞和骨髓细胞的空间分布，并检测检查点分子PD1和PDL1的表达。研究者发现终末期肿瘤组织样本相对缺乏免疫细胞浸润，且每个患者的肿瘤浸润程度各不相同，变化最大的细胞亚群是 PDL1⁺细胞、CD3⁺/CD8^–T 细胞和 CD68⁺骨髓细胞。

研究者进一步根据肿瘤浸润淋巴细胞的范围和位置确定了三种免疫细胞模式: 第一组为上皮和间质浸润组 (ES-inf)；第二个组中，这些相同的免疫特征仅限于基质；第三个组主要是存在免疫缺失的 (Imm-des)组别。研究者进行了DNA甲基化检测，数据分析表明，CCL5启动子高甲基化可能是终末期 HGSC 中肿瘤浸润淋巴细胞募集和保留减少的主要原因。该结果也提示使用阿扎胞苷等低甲基化剂靶向CCL5的高甲基化治疗HGSC的可能性。

图3 HR 缺陷型 HGSC 的多位点和多时态免疫分析

4 空间蛋白质组学结果强调肿瘤中能量代谢改变的重要性

鉴于蛋白质相比比mRNA具有更高的稳定性，研究者进一步对 105 个配对的早期（原发/复发）和尸检 FFPE 样品进行了空间蛋白质组学分析。这些样品经过激光显微切割 (LMD) 以区分肿瘤和/或基质细胞区域，分别在肿瘤和基质细胞鉴定到了6,332和4,172种蛋白质。

研究者对蛋白质组学数据进行了进一步的分析，发现肿瘤细胞的蛋白丰度与基因拷贝数之间存在显著正相关。无监督聚类分析结果显示，同一个患者不同部位肿瘤组织的蛋白质组结果较为接近，但是不同患者蛋白组成差异较大。但是，基质组织蛋白质组学聚类结果显示，基质蛋白组成按照器官部位进行聚类。表明患者肿瘤组织蛋白存在较大的个体差异。

研究者对原发性/复发性与尸检样本蛋白组学结果进行分析，发现了1,539种肿瘤组织差异蛋白和567种间质差异蛋白。通路分析结果显示，尸检基质样本中氧化磷酸化 (OXPHOS) 和葡萄糖代谢通路的上调。HR 缺陷型肿瘤依赖 OXPHOS 来满足它们的细胞能量需求，提示OXPHOS 状态可能代表化疗药物敏感性的有效预测因子。

图4 空间蛋白质组学水平的数据分析

综上所述，该研究通过蛋白质组学分析表明，晚期HGSC依赖于氧化磷酸化来满足细胞能量需求，可以作为PARPi反应的潜在预测指标。此外，多组学数据结果表明晚期HGSC存在多个亚克隆和各种药物耐药机制和免疫逃逸机制，它们占据晚期主导地位。正是这种亚克隆异质性成为了HGSC治疗的重大的困难，并强调了在出现这种多样性之前就进行有效治疗的重要性。

图5 进化机制和耐药机制的总结

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参考文献

Burdett, Nikki L et al. 2023. Multiomic analysis of homologous recombination-deficient end-stage high-grade serous ovarian cancer. Nature genetics.

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