Nature communications！肝细胞癌蛋白质组学特征分析

Nature communications！肝细胞癌蛋白质组学特征分析

疾病蛋白质学

正文：

（简介）

       2022年05月04日，综合类期刊Nature communications（IF=14.92）在线发表了题为“Integrative proteogenomic characterization of hepatocellular carcinoma across etiologies and stages（肝细胞癌跨病因和分期的综合蛋白质组学特征）”。这项工作全面概述了HCC的蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学，揭示了（磷酸化）蛋白质组中改变的主要途径。

（研究背景）

       肝癌即肝脏恶性肿瘤，可分为原发性和继发性两大类。原发性肝癌起源于肝脏的上皮或间叶组织，是我国高发的，危害极大的恶性肿瘤；继发性或称转移性肝癌系指全身多个器官起源的恶性肿瘤如胃、子宫、胰腺等侵犯至肝脏。肝癌的发病实例中有75-85%是肝细胞癌(HCC)，近年来也有一些组学方面的研究。比如，基因组分析表明TERT启动子CTNNB1和TP53在HCC中经常发生突变，转录组亚型揭示了HCC亚类在与增殖、干性、代谢、肝细胞分化和肝功能相关的基因表达方面不同；还有基于质谱的乙型肝炎病毒(HBV)相关HCC的蛋白质组学研究，早期HBV相关HCC的蛋白质组分析发现以胆固醇稳态破坏和SOAT1过表达为特征的HCC子集与不良预后相关。

（研究思路）

       选择合适的样本入组，对相关样品进行全外显子组测序和 RNA 测序，并使用液相色谱-串联 MS 分析对 51 个肿瘤的子集进行了全局蛋白质组和磷酸化蛋白质组分析，结合研究目标进行深度分析。

（研究结果）

01 HCC的蛋白质组学分析

       收集了来自114名患者的122个肿瘤的活检样本，94%的患者至少患有一种潜在的肝病，主要是酒精性肝病(59%)和或丙型肝炎感染(26%)。对所有122个肿瘤进行了全外显子组测序和RNA测序，并使用液相色谱-串联MS分析对51个肿瘤的子集进行了全局蛋白质组和磷酸化蛋白质组分析，使用来自没有HCC和肝值正常的个体样本作为对照。

02 HCC中的失调通路及驱动基因筛选

       主成分分析表明，HCC在转录组、蛋白质组和磷酸化蛋白质组水平上与正常肝脏不同，并且比正常肝脏更具可变性。为了确定HCC中失调的通路，对HCC转录组和蛋白质组与正常肝脏进行了差异表达分析，观察到转录组和蛋白质组的失调之间存在中度相关性。37.7%基因在mRNA和蛋白质水平上均上调，富集于与mRNA剪接、rRNA表达和翻译的表观遗传调控相关的通路中。高阶段HCC在mRNA水平上低表达与ECM形成和组织相关的基因，在蛋白质水平上低表达脂肪酸代谢。

        评估了拷贝数改变(CNA)、mRNA表达和蛋白质表达之间的相关性，中位CNA-mRNA和mRNA-蛋白Spearman相关系数分别为0.203和0.287。通过GISTIC2进行的全基因组拷贝数分析确定了8个反复扩增的峰和11个反复缺失的峰，其中5个在具有高CNA-mRNA相关性的基因中富集，但没有一个在具有高相关性的基因中富集mRNA-蛋白质相关性。为了识别这些候选驱动基因，专注于显示出高CNA-mRNA和mRNA-蛋白质相关性的136个基因，特别是5个富集GISTIC2区域内的29个基因。总之，对CNA-mRNA和mRNA-蛋白质表达相关性的分析表明，不同的通路在不同水平上受到调节，并确定了潜在的HCC驱动基因。

03 HCC中的磷酸化失调及突变基因分析

       与正常肝脏相比，分别有302和355个标准化（按总蛋白质水平）高磷酸化和低磷酸化位点。过度磷酸化位点位于参与细胞周期、mRNA剪接、免疫系统、癌症相关信号通路，AKT、FGFR、VEGF、TGFβ的信号传导也在过度磷酸化的蛋白质中富集；与氨基酸、碳水化合物、脂质代谢相关的途径在整个低磷酸化位点以及归一化的高磷酸化位点中都富集。为了推断HCC中激酶的激活，进行了激酶底物富集分析(KSEA)，结果显示Aurora激酶A(AURKA)、细胞周期蛋白依赖性激酶1/2/5/7(CDK1/2/5/7)的激活增加，而PKACA/G(PRKACA/G)、PKCA/Z(PRKCA/Z)和SGK1的活性降低。HCC中磷酸化的改变会影响从细胞增殖和DNA修复到免疫系统和信号转导途径的广泛生物过程。

       使用全外显子组测序，我们在122个肿瘤活检样本中鉴定了24,488个体细胞突变，九个GPAM突变中有七个是移码突变强烈暗示了肿瘤抑制作用。评估了7个SMG的临床病理学相关性，以及从至少2个先前HCC基因组学研究中鉴定的另外6个癌症基因，TP53和CTNNB1突变相互排斥。为了评估与CTNNB1和TP53突变相关的分子变化，比较突变型和野生型HCC的差异表达分析。Wnt靶基因NKD1、AXIN2、RNF43和ALDH3A1，其mRNA表达通常在CTNNB1突变型HCC中发生改变，在蛋白质水平上没有差异表达。

       CTNNB1编码β-连环蛋白，一种参与细胞间粘附的蛋白质，在HCC中，CTNNB1突变导致细胞质β-连环蛋白的积累和随后的异常Wnt激活。蛋白质组学分析表明，在CTNNB1突变型HCC中观察到的上皮表型丧失可能是由于参与肌动蛋白丝组织的蛋白质磷酸化的改变，从而调节细胞极性和迁移，而TP53突变型HCC与改变与脂质代谢和细胞周期控制相关的蛋白质的磷酸化。

04 HCC的分子亚型

       使用无监督分析的方法以识别5个单独的组学（即体细胞突变、CNA、转录组、蛋白质组和磷酸化蛋白质组）数据和综合数据的每一个HCC亚型。对于蛋白质组和磷酸化蛋白质组，在每种情况下都确定了两个簇。蛋白质组亚类1与核糖核蛋白的组织、mRNA剪接和加工有关，而亚类2与代谢和氧化磷酸化有关为了评估单组学和综合分子亚类是否具有预后意义，进行了单变量和多变量Cox比例风险分，转录组簇1、蛋白质组簇1和整合簇3与较差的总生存期相关，而蛋白质组簇2和整合簇2与改善的总生存期相关。虽然蛋白质组数据的分子聚类在很大程度上概括了转录组和组织学分级的结果，但磷酸化蛋白质组数据的分子聚类不同于其他单组学和综合聚类。

(总结)

在这项工作中，提出了跨病因和临床阶段的HCC活检的综合（磷酸）蛋白质组学分析，代表了HCC的广泛分子异质性。研究结果表明HCC的基础是与转录和翻译控制、代谢、Wnt-β-连环蛋白、AKT/mTOR和Notch通路相关的致癌过程失调，这些通路在基因组、转录组、蛋白质组和磷酸化蛋白质组水平上受到不同的调节。

（点评）

       这项工作对跨病因和临床阶段的HCC活检的综合蛋白质组学分析揭示了不同分子水平上相似但也不同的生物学过程、代谢重编程和信号通路激活，发现RNA加工持续上调，代谢途径在转录组、蛋白质组和磷酸化蛋白质组水平上下调。对CNA-mRNA-蛋白质相关性、磷酸化蛋白质组和HCC整合簇的分析还提出了一些可能需要在未来进一步研究的推定驱动因素和药物靶点。

     （DOI）10.1038/s41467-022-29960-8

（推荐）

       这项研究对HCC的蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学景观进行了全面分析，确定了HCC的蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学改变

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