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读了这篇Cell文献后，才知道WES多组学联合可以这样做……

人阅读发布时间：2020-09-25 10:03

前言

全外显子捕获测序（WES）技术以其相对较低的成本而受到大多数研究者的青睐。然而，随着更多组学技术的出现和发展，如何充分利用高性价比的WES数据继续保持高影响力的文章产出，已成为困扰很多研究者的问题。今天小欧为大家整理了近期发表在Cell上的一篇极为经典的WES相关的多组学联合分析文献，希望能助您打开思路，找到新的挖掘点。

基本信息

中文标题：人肺腺癌的综合蛋白组学特征

样本：肺腺癌病人样本（癌组织和配对癌旁组织）

组学技术：蛋白组和磷酸化蛋白组 / 全外显子捕获测序（WES）/ 转录组

发表时间：2020.07

第一作者单位：中科院上海药物研究所

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.05.043

文章摘要

肺腺癌(LUAD)的基因组研究提高了我们对疾病生物学的理解，加速了靶向治疗。然而，目前对LUAD的蛋白质组学特性知之甚少。研究者对103例中国LUAD患者进行了全面的蛋白质组学分析。对蛋白质组、磷酸化蛋白质组、转录组和全外显子组测序数据的综合分析揭示了肿瘤相关特征，如肿瘤相关蛋白变异、特有的蛋白质组特征以及早期患者或EGFR和TP53突变患者的临床结果。基于蛋白的LUAD分层显示了三个亚型(S-I、S-II和S-III)，它们与不同的临床和分子特征有关。此外，研究者探究了潜在的药物靶点，并在一个独立队列中验证了HSP 90β的血浆蛋白水平作为LUAD的潜在预后生物标志物。这项综合蛋白组学分析使研究者对LUAD的分子结构有了更全面的了解，并为更精确的诊断和治疗提供了机会。

研究思路

研究结果

1. 中国肺腺癌分子谱分析

研究者收集103份未经治疗的中国肺腺癌患者的原位肺腺癌组织及其相应的癌旁组织（NAT），利用基于质谱的无标签蛋白定量策略进行蛋白组分析，利用TiO2富集策略对79对样本进行磷酸化蛋白组分析，利用WES对所有成对样本进行癌组织的基因组变异检测，对51个肿瘤样本和49个癌旁样本进行RNA-seq（图1）。通过WES测序分析，发现17,917个变异事件，与TCGA研究中EGFR突变（14%）相比，WES检测到的EGFR突变显著增加(50%)，而另一个致癌KRAS突变（6%）则比TCGA报道的（33%）显著减少。对所有患者样本进行蛋白质组学测定，共检测到11,119个蛋白和肽组分，错误发现率(FDR)为1%。平均每个样本中肺腺癌蛋白组有6,682个组分，在癌旁组织中最小为4,266个，肿瘤组织中的最大值为8655个。

图1：肺腺癌样本的多组学表征。

（A）实验设计和不同组学分析的样本数量。（B）基因组谱图。（C）肺腺癌样本的蛋白组谱图。（D）肺腺癌患者的磷酸化蛋白组谱图。

2. 中国肺腺癌的多组学联合分析

利用全外显子捕获测序检测到23,080个体细胞拷贝数变异(CNA)，分析了这些CNAs对mRNA、蛋白质和磷酸化蛋白表达的调控作用（图2）。CNAs可以正向或负向影响这些组分的顺式或反式表达，其中，17179 个（74.4%）CNAs影响7686 mRNA, 10530个CNAs （45.6%）影响2634个蛋白，4330个CNAs（18.8%）影响1284个磷酸化蛋白的表达。这些分析表明，转录组、蛋白质组和磷酸化蛋白质组具有独特的特征，当与基因组适当整合时，可以带来新的见解和机会，从而发现新的功能重要的基因产物。

图2：肺腺癌样本的组学联合分析。

（A）CNAs对mRNA和蛋白质的功能效应。（B）SNVs在DNA、mRNA和蛋白水平上的交叠。（C）利用LC-MS/MS验证的新的RNA拼接和融合转录本。

3. 与癌旁组织相比，癌组织的蛋白组学特征

利用LC-MS/MS鉴定到11,119个蛋白，其中3913个在所有103个患者中被量化，5753个存在于90%以上的患者中。通过PCA分析可以将肿瘤样本和癌旁样本清晰地区分开，在差异表达的蛋白中，有些与临床预后有很好的相关性。尤其是几个前期报道过的肺部标志性蛋白(AGER, SFTPA2, CACNA2D2LAMP3, SCGB1A1, SFTPB, and SFTPC)在肿瘤组织中低表达。并且，几个在肿瘤中高表达肺部富集蛋白的患者显示出更好的治疗预后性。

图3：肺腺癌中肿瘤样本和癌旁样本的蛋白组特征。

（A）103对肺腺癌患者样本中8252个蛋白的PCA分析。（B）癌和癌旁中差异表达的蛋白及其相关的生物学通路。（C）四个生物学通路之一的代表性蛋白及其与预后的关联。

4. 早期肺腺癌的蛋白组学特征

基因座富集分析（GSEA）显示与能量代谢（如脂肪酸代谢和氧化磷酸化）相关的通路在差异基因组中富集。相反，上皮间质转化（EMT）和其他炎症和致癌信号通路（如TNF-α、mTOR和MYC）在差异蛋白组中富集（图4）。

图4：肿瘤淋巴结转移（TNM）I期肺腺癌和带有EGFR/TP53突变的肺腺癌样本的蛋白组特征。

（A）TNM I期肺腺癌患者GSEA揭示与预后好坏相关的通路。（B）I期患者中预后好或坏的差异表达蛋白及其在所有患者中与治疗预后的相关性。（C）病理诊断为EGFR/TP53突变和未突变的肺腺癌患者另个markers（TTF-1和NAPSA）的表达情况。（D）EGFR突变与EGFR/TP53共突变患者的存活率分析。

5. 肺腺癌的蛋白质组亚型及其临床结果

以1657种最易变的蛋白为基础，共聚类鉴别出3种蛋白组亚型（S-I，S-II和S-III）。S-I组患者临床预后结果最好，S-III最差。基因组信息显示S-II的突变频率最高，而S-III的肿瘤突变压力最高，两种marker 蛋白（TTF-1和NAPSA）在S-III患者中表达最低。WES数据的突变特征分析在103例患者中确定了9个主要特征，年龄特征是其中最主要的特征（图5）。

图5：肺腺癌分子亚型及其治疗预后相关性。

（A）842个蛋白在三种亚型中的相对丰度。（B）103例肺腺癌患者中三种蛋白亚型与治疗预后的相关性。（C）蛋白亚型与11种变异的相关性。

6. 磷酸化蛋白组与治疗相关性

在至少50%患者中定量了1244个磷酸化蛋白质，其中，与癌旁组织相比，474个（38%）在肿瘤组织中显著增加，183个（15%）显著下降。三种蛋白亚型中磷酸化蛋白组的比较结果揭示了亚型特异性的活性激酶，包括S-I型中的AKT1，S-II型中的PRKCE，S-III型中的MAPK14。进一步对差异改变的磷酸化位点的研究显示，在S-I中观察到参与黏附的底物升高和参与RNA转运的底物减少（图6）。