编者按
小儿脑瘤是儿童癌症相关死亡的主要原因，在恶性疾病中的发病率仅次于白血病。尽管基因组技术已经开始阐明许多儿童脑瘤的发病机制，但仍有一些挑战限制了这些发现转化应用到临床，如翻译缺失。蛋白质组学是研究细胞的主要功能成分蛋白质的有效手段，加深了人们对很多疾病的认知。近年来，质谱技术和生物信息学的快速发展使得蛋白基因组数据集有效整合成为可能，有助于精准医疗领域的进一步发展，便于新治疗策略的制定。
年11月，美国西奈山伊坎医学院PeiWang医院等研究团队于cell上发表了首篇整合蛋白基因组学技术揭示小儿脑癌分子机制和治疗靶点的研究文章：IntegratedProteogenomicCharacterizationacrossMajorHistologicalTypesofPediatricBrainCancer。研究针对7种组织类型，共个小儿肿瘤样本进行了全基因组测序、RNA测序、蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学检测，首次进行跨越传统组织学界限的大规模蛋白基因组学分析，揭示了基础儿科脑肿瘤生物学，并为合理的治疗选择提供了宝贵信息。
技术路线
研究结果
1.蛋白基因组学分析
研究共收集7种小儿脑瘤组织类型：低级别胶质瘤(LGG)、室管膜瘤(EP)、高级别胶质瘤(HGG)、髓母细胞瘤(MB)、神经节细胞瘤、颅咽管瘤(CP)和非典型畸胎样横纹肌样瘤(ATRT)，共份肿瘤样本（图1A）进行蛋白基因组学研究。其中，蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学利用TMT技术共鉴定定量了8,个蛋白质和18,个磷酸化位点。其中，在至少一种组织类型中的50%以上的样本中被鉴定到的蛋白质和磷酸化位点分别有6,个和4,个。此外，分别从其中的、、例样品中得到了高质量的体细胞突变、DNA拷贝数变异和RNA-seq数据(图1B)。
基于蛋白质组学数据可将队列分为8个具有不同生存状态、干细胞评分、增殖指数和途径活性的类别（Ependy、Medullo、Aggressive、Cranio/LGG-BRAFVE、HGG-rich、Ganglio-rich、LGGBRAFWT-rich和LGGBRAFFusion-rich），且大部分聚类簇与组织学诊断不同，部分聚类簇中样本的蛋白组与RNA-seq数据的相关性较差(图1C、D)，这可能是蛋白质周转、选择性翻译等多种因素促成的RNA与蛋白质丰度的低相关性。
图1.基于蛋白质组学的小儿脑瘤聚类分析
2.小儿脑瘤的免疫浸润
基于RNA数据进行细胞类型去卷积分析，可将队列分为五种具有不同免疫和基质特征的肿瘤类型:Cold-medullo、Cold-mixed、Neuronal、Epithelial和Hot型(图2A)。将此聚类与蛋白质组聚类结果进行比对分析，发现Aggressive、Medullo和Ependy聚类簇免疫浸润较低，而LGGBRAFWT-rich、LGGBRAFFusion-rich和Cranio/LGGBRAFVE聚类簇免疫浸润较高(图2D)。有趣的是，侵袭性较强的肿瘤往往表现出蛋白-RNA相关性增强。这可能是因为侵袭性肿瘤通常具有高增殖性，高增殖细胞的翻译活动增强，会导致产生更相关的RNA和蛋白质。
图2.小儿脑瘤的免疫浸润
3.整合蛋白基因组学分析揭示基因突变和拷贝数变异(CNV)的影响
研究发现MB、HGG和EP肿瘤表现出相对较高的基因组不稳定性。结合拷贝数、RNA和蛋白质组学数据，发现部分基因的转录量、蛋白丰度及磷酸化位点丰度在一次或多次诊断中同时受到自身CNVs的影响，称为CNV-RNA/蛋白/磷酸化顺式级联事件。这些顺式级联事件的列表有助于发现一些频繁扩增/缺失的基因组区域中的重要参与者(图3)，表明相同基因组区域的CNV在不同的诊断中可能导致不同的功能紊乱。
图3.基因组改变对转录组、蛋白质组和磷酸化蛋白质组丰度的影响
4.激酶活性的磷酸化蛋白组学分析
激酶常作为药物治疗的靶点，靶向调控网络中的关键激酶节点是构建更有效治疗的常见策略，因此表征组织内和跨组织的共同和差异激酶激活是非常重要的。
作者利用TMT蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学深入研究了几种重要激酶。发现CDK1/2（细胞周期蛋白依赖性激酶）的一些激酶-底物关联在不同的诊断中是共享的，表明CDK1/2在不同的诊断中使用不同的机制来影响细胞增殖。CaMK2A(Ca2+/钙调素依赖性蛋白激酶IIα)，尽管在神经节细胞胶质瘤中最为丰富，但在HGG中观察到其激酶活性评分与蛋白丰度之间存在更高的相关性(图4A)，表明CaMK2A在胶质瘤侵袭中的潜在作用。有趣的是，CDK1/2和CaMK2A的激活往往会相互排斥，表明在HGG肿瘤中存在两种不同的信号传导机制(图4C)。
图4.激酶活性的磷酸化蛋白质组学分析
5.原发性和复发性肿瘤的比较分析
已有研究指出同一个体的原发性和复发性肿瘤之间具有不同的模式。为确定在治疗评估期间，复发的肿瘤是否应被诊断为独立肿瘤。作者对同一个体两种不同疾病的手术样本队列（18对）进行了蛋白质组学和基因组学研究。结果发现，在所有18对患者中，复发/进展(RP)疾病与原发(IN)肿瘤具有相同的组织学诊断，但是CNV事件和蛋白质图谱显示RP和IN肿瘤之间存在差异，大多数原发和复发样本被分为不同的蛋白质组学簇。此外，相关性分析显示，原发-复发样本对在蛋白水平并不高度相关（图5）。因此，有必要对复发病例重新定性评估，这可能会影响治疗决策。
图5.原发和复发肿瘤的比较分析
小结
本研究是迄今为止对小儿脑瘤进行的最全面的多组学分析，确定了共同的潜在生物学过程和潜在的治疗方法，以及体细胞突变和CNVs驱动肿瘤发生的功能影响，为将蛋白质组学整合到儿童癌症的数据科学模型中提供了有利支撑，也为今后更多的应用研究奠定了基础。
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参考文献
[1]Petralia,etal.IntegratedProteogenomicCharacterizationacrossMajorHistologicalTypesofPediatricBrainCancer[J],Cell,.
[2]Morrissy,A.S.,etal.Divergentclonalselectiondominatesmedulloblastomaatrecurrence[J].Nature,,,–.
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