Cell蛋白基因组学全面鉴定胰腺癌治疗靶点及早期诊断标志物
胰腺癌是癌症相关死亡的第三大原因，其中约90%为 胰腺导管腺癌 （Pancreatic Ductal Adenocarcinoma） 。目前，胰腺导管腺癌缺乏有效的早期诊断方法，导致绝大部分病人 （80-85%） 在患病中晚期才确诊，因而无法接受手术治疗。虽然化学疗法对胰腺导管腺癌病人有一定疗效，但中位总生存期仍然小于12个月。
驱动胰腺导管腺癌发生及发展的基因变异主要为KRAS激活点突变，然而除了特定的突变形式 G12C 外，KRAS 被认为是不可成药的靶标。由于KRAS 突变对肿瘤微环境、肿瘤的发生发展有广泛的影响，因而鉴定KRAS下游关键信号通路对于治疗该疾病有着较为重要的意义。此外，绝大多数胰腺导管腺癌为免疫＂冷＂ 肿瘤，因而需要特定分子靶标来识别可能受益于免疫治疗的免疫＂热＂患者，并揭示在免疫＂冷＂胰腺导管腺癌中驱动免疫排斥的机制。
2021年9月16日，美国约翰霍普金斯大学，贝勒医学院和圣路易斯华盛顿大学的合作团队在 Cell 发表了文章 Proteogenomic characterization of pancreatic ductal adenocarcinoma ， 用蛋白基因组学大数据对胰腺导管腺癌进行全面鉴定，鉴定到新的潜在治疗靶点及早期诊断标志物。
研究人员鉴定了140个胰腺癌肿瘤样本、67个配对癌旁样本、9个正常胰管组织的蛋白基因组，包括全基因组测序 （whole genome sequencing） ，全外显子测序 （whole exome sequencing） ，DNA甲基化 （DNA methylation） ，核糖核酸测序 （RNA sequencing） ，小RNA测序 （ miRNA sequencing） ，蛋白质组学 （proteomics） ，磷酸化蛋白质组学 （phosphoproteomics） ，及糖基化蛋白质组学 （glycoproteomics） 。为了解决胰腺导管腺癌肿瘤组织中肿瘤细胞丰度较低的难题，研究人员对肿瘤组织样品采用了多种基于肿瘤分子特性及组织成像的去卷积化方法，并鉴定得到了105个含有足够肿瘤细胞丰度的样品用于下游分析。
对蛋白基因组学数据的整合研究使得研究人员能够将与胰腺导管腺癌相关的基因变异与驱动疾病表型的功能模块联系起来。例如，拥有广泛反式效应的TP53基因变异与参与 DNA 损伤修复的蛋白质 （MSH6、TP53 和 TP53BP1） 的磷酸化升高有关，表明这些改变在维持基因组完整性和防止细胞凋亡方面发挥作用。在TP53 突变肿瘤中，研究人员还观察到细胞增殖标志物MKI67的磷酸化升高，表明这些突变可能导致细胞生长速率增加。
蛋白组差异化表达分析 （肿瘤组vs配对癌旁组） 鉴定到27个蛋白在胰腺导管腺癌中显著过表达，其中21个蛋白在肿瘤组和正常胰管组织的比较分析中被进一步验证，并且这21个蛋白在早期胰腺导管腺癌中也显著过表达。研究人员采用独立数据验证了其中14个蛋白，表明所报道的肿瘤相关蛋白的可靠性。在这21个蛋白中有12个为分泌蛋白，因而可以作为潜在的早期胰腺导管腺癌诊断靶标。
磷酸化蛋白质组学和蛋白质组学的整合分析鉴定到了5对激酶-磷酸化底物 （CDK7-MCM2, AKT1-FLNA, PAK1-BAD, PAK2-MAPK6, and SRC- STAT3） 在胰腺导管腺癌中显著过表达。其中，激酶PAK1对磷酸化蛋白 （BAD） S134位点的磷酸化可抑制BAD诱导的细胞凋亡，从而促进细胞增殖和存活。此外，PAK1是多种受体酪氨酸激酶的重要效应物，例如MET。研究人员发现MET和 PAK1在肿瘤中同时上调，并通过调节细胞增殖、运动和细胞骨架重塑来驱动胰腺癌发生。激酶PAK2被发现通过磷酸化MAPK6来促进MAPK6-Prak 复合物的形成，表明PAK2活性在调节非典型MAPK 信号传导中起着重要作用。鉴于PAK1/2对胰腺导管腺癌的重要性，联合抑制PAK1/2 和KRAS下游通路，如 MAPK/ERK和PI3K/AKT/mTOR，可最大限度地抑制肿瘤细胞的增殖。
研究人员采用基于转录组学的去卷积方法来鉴定肿瘤中的细胞组成并鉴定得到4个亚型。有意思的其中一个亚型具有相对较高的免疫细胞浸润，并伴随着较高的内皮细胞表达，研究人员将这一亚型称之为免疫＂热＂亚型。内皮细胞连接着循环系统和肿瘤细胞，内皮细胞粘附蛋白对于免疫细胞浸润至关重要，并且在与肿瘤相关的血管系统中经常下调。相应地，研究人员在这篇论文中也发现免疫＂冷＂肿瘤与低内皮细胞粘附蛋白相关。此外，免疫＂冷＂肿瘤还显示出与VEGF和Hypoxia信号通路活性升高相关，而这两条信号通路与肿瘤发生过程中内皮细胞重塑相关，表明免疫＂冷＂肿瘤中内皮细胞重塑与抑制免疫细胞浸润之间存在关联。为了进一步研究免疫＂冷＂肿瘤的机制，研究人员使用了转录组、蛋白质组和磷酸化组数据进行了信号通路分析。结果显示 免疫＂冷＂肿瘤具有更高水平的糖酵解以及细胞连接蛋白的磷酸化，而细胞连接蛋白在调节内皮细胞通透性中起重要作用。这些数据表明免疫＂热＂亚型可能受益于免疫治疗法，而免疫＂冷＂亚型与内皮细胞重塑、糖酵解增加和细胞连接蛋白失调有关。
约翰霍普金斯大学 曹丽伟 博士，贝勒医学院 黄琛 博士，圣路易斯华盛顿大学 Daniel Cui Zhou 博士为文章共同第一作者。约翰霍普金斯大学 张会 博士，贝勒医学院 章冰 博士，圣路易斯华盛顿大学 Li Ding 博士为共同通讯作者。
原文链接：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)00997-1