最新资讯：揭秘东亚非吸烟肺癌的蛋白质组学和基因组描述发病机制和进展特征

在东亚地区，尤其是在女性当中，未吸烟者的肺癌发病率是一个严重的健康问题。同时，早期发病是东亚地区肺腺癌（LUAD）的显著特征，尤其是对于从未吸烟者。遗传因素和环境致癌物暴露可能是导致这些人群差异的危险因素，然而，非吸烟相关的病因和致癌作用仍知之甚少。为了精确治疗，早期发现和预防可能会为患者带来更好的治疗方案。

本篇为来自台湾大学的Chen-YuJu、台湾中央研究院Pan-ChyrYang等团队合作的题为“Proteogenomicsof Non-smoking Lung Cancer in East Asia Delineates Molecular Signatures of Pathogenesis and Progression”的研究成果，运用蛋白基因组学针对中国台湾收集的代表早期、女性为主、非吸烟的东亚肺癌临床样本展开研究。通过全外显子、转录组、蛋白组、磷酸化修饰组学等技术揭示了肺癌早期的临床特征和发展过程中的分子标志物，并且其中蛋白组层面的分型能够识别出携带EGFR突变的早期患者的特征。该研究对于早期非吸烟的患者诊治具有重要的临床意义。

(相关资料图)

研究成果

1. 东亚肺腺癌的蛋白质组学景观凸显了人口统计学差异和进展标志；

2. 基因组改变对LUAD蛋白质组的影响；

3. 与内源性和环境突变和蛋白基因组学影响相关的突变概况；

4. 蛋白质组亚型展现了早期肺腺癌的异质性。

下面主要介绍研究成果的前两点：

一、基因突变情况

大多数患者发生EGFR突变(85%)，其次是TP53(33%)和RBM10(20%)突变，这些也是能预期的突变基因。胞嘧啶对胸腺嘧啶(C->T)转变在台湾队列中最常见，吸烟相关的胞嘧啶转变为腺嘌呤(C->A)在TCGA队列中最常见。

图1 |TW队列中常见癌症基因突变频谱和单核苷酸变异体（SNV）的百分比

2.需要注意的是RBM10和EGFR-L858R突变在女性中更加频繁，而KRAS、PDS5B和APC在男性中更容易发生突变。KRAS和ATM是历史吸烟患者的显著突变。RBM10突变在60岁以上女性中更为普遍。与其他队列比较，EGFR和RBM10以及两个细胞周期相关基因（CDC27和RB1）在本队列中具有更高的突变频率，而TP53、KRAS和KEAP1的突变在其他研究中更为普遍。

图2 | TW LUAD队列的基因组景观

结论：鉴定了东亚人群非吸烟肺腺癌患者的主要突变基因及其特征，与先前的研究（包括吸烟者）存在显著差异。在不吸烟的人群中，排名最高的基因的突变频率也明显不同，这表明台湾和TCGA LUAD人群之间的驱动因素显著不相同。

二、肿瘤的转录、蛋白、磷酸化的分子表达特征，及肿瘤发展过程中的动态演进

1. 转录-蛋白相关性分析

（1）主成分分析（PCA）显示：在RNA和蛋白质表达水平上，肿瘤和正常组织均清晰分离；与正常组织相比，肿瘤的变异更大；

（2）相关性分析表明：mRNA与蛋白在样本维度的Spearman相关性中值为0.31，基因表达维度的Spearman相关性中值为0.14；仅22％的蛋白质显示与同源RNA的显著正相关；

图3 | LUAD患者的蛋白质和RNA表达的主成分分析（PCA）

（3）通路功能方面：蛋白与mRNA具有一定的通路相关性，但在基础细胞功能方面的相关性较低；DNA复制、糖酵解、谷胱甘肽代谢和免疫相关途径在mRNA水平上调；在蛋白质水平上DNA修复、蛋白质加工和运输途径以及细胞粘附相关途径的下调更为明显。

图4 |山峦图显示mRNA和蛋白的通路相关性以及蛋白水平通路差异

2.NSCLC相关通路的蛋白-磷酸化调控分析

大多数蛋白质及其磷酸化位点受到差异调控，一些蛋白的表达水平下调，但磷酸化修饰水平却上调。Raf/MEK/ERK轴上的磷酸化位点在患者间表现出很高的异质性，这表明MAPK通路的调节因患者而异，非小细胞肺癌途径中的磷酸化改变，饼图显示相应蛋白质上调或下调的患者百分比。

图5 | 蛋白质组学关系

3. 肿瘤进展的分子动态

为了研究肿瘤进展的动态过程，按照将患者分为三个不同的分期组：IA期、IB期和RII期，并使用方差分析在蛋白质和RNA水平进行差异表达分析 ，并采用k-均值聚类进一步将差异表达的蛋白质和RNA分成两个簇 。对阶段性上调或下调的簇进行GO功能富集分析。

图6 |蛋白RNA肿瘤分期折线图

结论：组织细胞向更晚期癌症阶段的转化的特征是：复制过程中RNA到蛋白质的整体活化，以及参与质膜信号传导和通讯的蛋白质组学成分的负调控。蛋白质组学和RNA特征代表了肿瘤发展过程中发生的生物过程重塑特点，多组学整合对于识别肿瘤进展非常重要。

三、LUAD的蛋白基因组分析与基因突变与mRNA/蛋白/磷酸化的表达关联

1.在蛋白水平上的突变

作者描述了队列中基因组畸变导致的转录组和蛋白质组改变，共鉴定了对应于319种蛋白质的337种突变肽。

（1）其中驱动基因15个，包括：TP53BP1D358E、RNF213E1272Q、D1331G和KRASG12C等；

（2）RBM10的截短突变对RNA和蛋白质的表达水平有负调控作用，而KRAS、LABM1和PIK3CA错义突变仅与蛋白表达水平增加相关。

图7 | 热图显示突变对其编码的RNA和蛋白质表达水平的直接影响

2.EGFR突变与MAPK活性变化

（1）EGFR的突变(L858R and Del19)对蛋白表达水平的作用不一，但与蛋白磷酸化水平增加有关。EGFR pY1197与MAP2K2-pT394、MAPK3-pT198/pT202表达一致，进而与pMAPK1及其他下游信号通路相关磷酸化蛋白水平有关；

（2）即使在EGFR野生型中，也存在一定程度的MAPK活性；

（3）在EGFR野生型病例中，KRAS突变者表现出高MAPK活性；

（4）在肿瘤转移期，MAPK表现出低活性。

图8 |磷酸化位点差异热图

3.TP53突变：TP53基因座是eQTL和pQTL热点区域

通过定量性状基因座（QTL）分析确定体细胞突变在RNA和蛋白质水平上的间接影响，共鉴定出359个变体RNA和87个变体蛋白相互作用。

（1）TP53突变与细胞周期基因有强正相关，其中包括来自微染色体维持复合物（MCM）和TOP2A的6个亚基，提示TP53-TOP2A可能具有协同致死效应；

（2）TP53突变与KIT致癌基因负相关；

（3）TP53与参与DNA缩合和重组的蛋白质和DNA损伤蛋白的较高磷酸化呈正相关。

图9 | 突变对LUAD蛋白质组和磷酸化蛋白质组的影响

结论：

进一步揭示了基因组特征如何协调LUAD中的蛋白质组和磷酸蛋白质组。研究结果显示MAPK级联内的蛋白质磷酸化协同作用由EGFR和KRAS突变正调控，并且与肿瘤分期和TP53突变负相关。TP53突变与细胞周期基因、参与DNA调控和DNA损伤反应的磷酸蛋白呈正相关，这与已知的合成致死相互作用是一致的。

总结

东亚肺癌的特点是不吸烟者比例高，发病早，且以EGFR突变为主。为了阐明这类人群上截然不同疾病的分子表型，该研究对台湾地区收集的前瞻性队列进行了深入而全面的蛋白质基因组学研究，该队列代表早期的、以女性为主的非吸烟肺腺癌。综合基因组、蛋白质组和磷酸化蛋白质组分析描绘了不同人群的分子属性和肿瘤进展的标志。蛋白质组学信息分类区分了早期EGFR突变患者的临床特征，这种多组学分子特征可能有助于制定早期不吸烟肺腺癌的治疗策略。

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关键词： 蛋白质组 蛋白质组学 肿瘤进展

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