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三陰性乳腺癌具有高死亡率以及頻繁的化療耐藥性，這為患有此類疾病的患者又籠罩上了一層厚厚的陰霾。研究人員從微尺度蛋白質(zhì)組學(xué)出發(fā)，探尋相關(guān)的標(biāo)志物，致力于研究化療耐藥機(jī)制。今天小編就帶大家閱讀一篇2022年11月2日發(fā)表在Cancer Discovery（IF：38.272）的文章吧！
Proteogenomic Markers of Chemotherapy Resistance and Response in Triple-Negative Breast Cancer
三陰性乳腺癌化療耐藥和反應(yīng)的蛋白質(zhì)組學(xué)標(biāo)志物
文章概述
微尺度蛋白組學(xué)用于探索對(duì)三陰性乳腺癌 (TNBC) 新輔助卡鉑和多西紫杉醇聯(lián)合化療的差異反應(yīng)的分子基礎(chǔ)。治療前患者活檢的蛋白質(zhì)組學(xué)分析揭示了與耐藥性相關(guān)的代謝通路，包括氧化磷酸化、脂肪生成和脂肪酸代謝。蛋白質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析均顯示，敏感性的標(biāo)志是DNA修復(fù)、E2F靶點(diǎn)、G2-M檢查點(diǎn)、干擾素-γ信號(hào)傳導(dǎo)和免疫檢查點(diǎn)成分的升高。體細(xì)胞拷貝數(shù)變異的蛋白質(zhì)組學(xué)分析確定了LIG1、POLD1和XRCC1所在的耐藥性相關(guān)19q13.31–33缺失。在驗(yàn)證數(shù)據(jù)集中，LIG1（DNA連接酶I）基因缺失、mRNA表達(dá)水平低與TNBC缺乏病理完全反應(yīng)、染色體不穩(wěn)定指數(shù)（CIN）較高以及預(yù)后不良有關(guān)，也與TNBC臨床前模型中卡鉑的選擇性耐藥有關(guān)。LIG1的半合子缺失也與較高的CIN和其他癌癥類型的不良預(yù)后相關(guān)，表明具有更廣泛的臨床意義。
主要結(jié)論
蛋白質(zhì)組學(xué)分析方法概述
樣本來自臨床2期或3期TNBC患者，接受了六個(gè)周期的新輔助卡鉑和多西紫杉醇聯(lián)合化療（NCT02547987和NCT02124902）。59名患者的治療前樣本的腫瘤含量 (TC) > 25%，并最終進(jìn)行了分析。16名患者，在開始化療后48至72小時(shí)獲得了額外的樣本。圖1A展示了樣本的不同分析流程。圖1B展示了59名患者的數(shù)據(jù)概覽。進(jìn)行質(zhì)控后，對(duì)于每個(gè)合格樣本，平均有10,500個(gè)基因的DNA、RNA和蛋白質(zhì)水平信息，磷蛋白組學(xué)分析量化了5,000個(gè)不同的磷蛋白中的27,000個(gè)磷酸化位點(diǎn)（圖1C）。還用14個(gè)基線高TC的病例（共16對(duì)）與治療后48至72小時(shí)收集的第二個(gè)高TC標(biāo)本進(jìn)行了配對(duì)分析（圖1B）。雖然免疫相關(guān)通路在治療后在RNA和蛋白水平上都被下調(diào)，但細(xì)胞周期和代謝通路（除了糖酵解）在蛋白水平上被明顯上調(diào)（圖1D）。觀察到與細(xì)胞周期相關(guān)的DNA復(fù)制和修復(fù)通路的誘導(dǎo)，可能是對(duì)化療暴露引發(fā)的基因毒性壓力的反應(yīng)。
蛋白質(zhì)基因組學(xué)通路特征和化療反應(yīng)的探索
主要研究目標(biāo)是手術(shù)標(biāo)本中的病理學(xué)完全緩解（pCR）和殘余腫瘤負(fù)荷 （RCB），其中0表示 pCR，I至III表示殘余疾病水平增加。PAM50固有亞型、TNBC類型和種族與pCR缺乏關(guān)聯(lián)。因pCR狀態(tài)而異的蛋白質(zhì)組學(xué)特征的GSEA分析表明MSigDB標(biāo)志性代謝通路上調(diào)，包括沒有pCR的樣品中的氧化磷酸化、脂肪酸代謝和脂肪生成。這些關(guān)聯(lián)在蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)中觀察到，但在mRNA水平上沒有觀察到（圖1E）。相反，免疫信號(hào)（干擾素α和γ反應(yīng)）和細(xì)胞周期（G2-M檢查點(diǎn)和E2F和MYC靶點(diǎn)）通路在蛋白質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)集中的pCR病例中升高（圖1E）。差異磷酸化位點(diǎn)富集分析證明了pCR病例中使用產(chǎn)生DNA損傷的抑制劑（依托泊苷、羥基脲和電離輻射）治療的樣本中升高的磷酸化蛋白組驅(qū)動(dòng)的特征（圖1F）。
免疫通路對(duì)化療的反應(yīng)
由于干擾素α和γ反應(yīng)特征在pCR病例的樣本中升高，因此進(jìn)一步探討了來自免疫微環(huán)境的信號(hào)（圖2A）。先前發(fā)現(xiàn)與免疫浸潤以及PD-L1 RNA、蛋白質(zhì)和磷酸化水平密切相關(guān)的蛋白質(zhì)衍生免疫刺激評(píng)分在pCR相關(guān)樣本中顯著更高（圖2A和B）。非同義突變負(fù)荷與pCR和免疫評(píng)分都沒有關(guān)系，表明在這個(gè)TNBC數(shù)據(jù)集中，突變負(fù)荷的增加并不是免疫浸潤的有力決定因素。相反，免疫評(píng)分與染色體不穩(wěn)定指數(shù)負(fù)相關(guān)（圖2C）。PD-L1蛋白和磷蛋白水平都與PD-L1 IHC明顯相關(guān)（圖2D和E）。
代謝通路分析以及對(duì)化療的反應(yīng)
如上所述，代謝通路富集似乎是蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)的特性（圖1D和E）。GSEA和 ssGSEA均顯示差異代謝通路，包括氧化磷酸化、脂肪生成和脂肪酸代謝，以及糖酵解，在沒有后續(xù)pCR的治療前腫瘤中顯著更高（圖3A）。對(duì)單個(gè)蛋白質(zhì)水平的進(jìn)一步分析確定了許多與化療耐藥相關(guān)的代謝蛋白質(zhì)，例如直接參與三羧酸循環(huán)、電子傳遞鏈、脂肪酸代謝和氨基酸分解代謝（圖3B）。來自相關(guān)Hallmark 代謝通路的一個(gè)子集顯示出足夠的蛋白質(zhì)-mRNA相關(guān)性，在mRNA水平上獨(dú)立驗(yàn)證代謝基因表達(dá)與pCR的相關(guān)性（圖3B）。隨著RCB類別的增加，觀察到代謝評(píng)分增加（圖3C）。
拷貝數(shù)改變的蛋白基因組分析揭示了新的化療反應(yīng)生物標(biāo)志物
TNBC的體細(xì)胞景觀以反復(fù)出現(xiàn)的拷貝數(shù)改變?yōu)橹鳎–NA）；然而，許多復(fù)發(fā)性 CNA事件的意義仍不清楚，因?yàn)橥ǔＴS多基因都參與更多的染色體缺失和重排。在該數(shù)據(jù)集中觀察到TNBC的典型CNA模式。為了探索化療反應(yīng)是否與位于特定染色體位置（細(xì)胞帶）的基因表達(dá)相關(guān)，GSEA分析表明，在非pCR腫瘤和pCR腫瘤中，來自8q21.3（擴(kuò)增）和19q13.31-33（缺失）細(xì)胞帶的基因產(chǎn)物的表達(dá)分別升高和抑制（圖4 A-B）。此外，可能介導(dǎo)晚期乳腺癌轉(zhuǎn)移的RIPK2也位于8q21.3，在非pCR腫瘤中顯著更高，但僅在蛋白質(zhì)水平。類似地，位于 19q13.31–33的四個(gè)基因LIG1、PPP5C、BCL3 和NOSIP在非pCR腫瘤中顯示出較低的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)（圖4C）。細(xì)胞帶19q13.31-33上基因GSEA分析顯示在DNA損傷修復(fù) (DDR) 通路富集，其中LIG1、XRCC1、POLD1和 ERCC2包含leading-edge基因（圖4D）。在本研究中將兩個(gè)含卡鉑和紫杉醇的臂合并以平行進(jìn)行多西紫杉醇和卡鉑治療。LIG1和POLD1被證實(shí)在來自經(jīng)歷過殘留疾病的患者的基線腫瘤樣本中顯著下調(diào)（圖4E）。盡管樣本量較小，但在僅使用紫杉醇的組中未觀察到類似差異。LIG1和XRCC1的低RNA表達(dá)水平也與另一個(gè)新輔助化療治療的患者隊(duì)列的TNBC子集中的無轉(zhuǎn)移生存率差顯著相關(guān)（圖4F）。
攜帶LIG1缺失的TNBCs的分子特征
進(jìn)一步研究了LIG1缺失或表達(dá)降低與腫瘤病理生理學(xué)特征之間的關(guān)聯(lián)（圖5）。 LIG1拷貝數(shù)對(duì)數(shù)比率與LIG1 mRNA和LIG1蛋白的水平呈正相關(guān)。在基因組水平上，COSMIC HRD 特征3在 LIG1 缺失的腫瘤中較低。相反，攜帶 LIG1缺失的腫瘤表現(xiàn)出顯著更高的CIN（圖5）?？偟膩碚f，這些結(jié)果表明LIG1的缺失與一系列不良預(yù)后特征相關(guān)，包括較高的增殖率、較不活躍的免疫微環(huán)境和較高的拷貝數(shù)不穩(wěn)定性。
模型中的LIG1和化療反應(yīng)
患者數(shù)據(jù)表明轉(zhuǎn)移性疾病中LIG1拷貝丟失的頻率更高。蛋白質(zhì)組學(xué)分析顯示，隨著腫瘤進(jìn)展到化療耐藥狀態(tài)，LIG1在拷貝數(shù)、mRNA和蛋白質(zhì)水平上逐漸缺失（圖6A）。通過蛋白質(zhì)印跡（圖 6A）以及POLD1和XRCC1蛋白表達(dá)的減少證實(shí)了LIG1蛋白的逐漸丟失。與臨床觀察到的化療敏感性逐漸喪失一致，表達(dá)最高LIG1水平的WHIM68對(duì)卡鉑敏感，而WHIM74和75逐漸顯著降低敏感性（圖6B）。為了進(jìn)一步評(píng)估LIG1缺失與選擇性卡鉑不敏感性之間的潛在關(guān)聯(lián)，分析了來自 NCI PDXnet 計(jì)劃的TNBC PDX 隊(duì)列。LIG1 mRNA水平在未能證明卡鉑CR的PDX中顯著降低（圖6C），并且這種關(guān)系對(duì)于多西紫杉醇治療不顯著。還分析了第二個(gè)獨(dú)立的TNBC PDX樣本，該樣本使用多種不同的腫瘤藥物進(jìn)行了短期體外治療。該數(shù)據(jù)集表明，在超過100種測(cè)試的藥物中，LIG1拷貝數(shù)缺失與卡鉑耐藥性具有獨(dú)特的相關(guān)性（圖6D）。
LIG1拷貝數(shù)缺失與多種癌癥類型的無進(jìn)展生存率和CIN有關(guān)
對(duì)TCGA中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，LIG1單拷貝丟失在其他癌癥類型中也存在。在TCGA泛癌數(shù)據(jù)集中，與野生型相比LIG1雜合體缺失與無進(jìn)展生存期（PFS）較差有關(guān)（圖7A），基因組改變的部分明顯較高（圖7B），HRD得分較低（圖7C）。圖7D展示了不同癌癥類型的LIG1拷貝數(shù)缺失對(duì)PFS的影響。在子宮內(nèi)膜癌，頭頸部鱗狀細(xì)胞癌，前列腺腺癌，結(jié)腸腺癌，以及腎乳頭細(xì)胞癌中LIG1拷貝數(shù)缺失影響著患者的PFS，隨著LIG1的丟失，觀察到更高的基因組不穩(wěn)定性（圖7E）。
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下面我們具體看一看文章的分析思路吧！
HCC的PME的蛋白質(zhì)組學(xué)分析
腫瘤發(fā)生的PME（PME-O）
腫瘤進(jìn)展的PME（PME-P）
HCC的PME亞型特征
TYMP作為HCC的潛在靶標(biāo)
這就是一篇很經(jīng)典的肝癌蛋白質(zhì)組學(xué)分析，文章思路清晰明了，對(duì)于生信小白來說也是一個(gè)很不錯(cuò)的分析思路。
總結(jié)
蛋白質(zhì)作為生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者在生命活動(dòng)起到至關(guān)重要的作用，蛋白質(zhì)組學(xué)的興起為研究人員探究蛋白質(zhì)與疾病的關(guān)聯(lián)提供了巨大的便利。本篇研究探索了三陰性乳腺癌化療耐藥相關(guān)的蛋白質(zhì)組學(xué)標(biāo)志物，是一篇非常值得大家學(xué)習(xí)的文章。生信的分析也要有理有據(jù)，有著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嫞鄠€(gè)數(shù)據(jù)集驗(yàn)證也為探索出來的結(jié)論進(jìn)一步佐證！還在為找不到方向的小伙伴不妨看一看，說不定就會(huì)碰撞出屬于你的火花！
