肺鳞状细胞癌的蛋白组学分析

撰文丨Phylicia

肺癌是致死率最高的癌症之一【1】。与肺腺癌不同，肺鳞癌的患者没有受惠于靶向治疗【3】。尽管FGFR1，PI3K和G1/S通路上的部分基因出现了表达上调，似乎可以作为潜在的药物靶点（如免疫检查点CDKN2A），但却在临床阶段失败了【3】。LungMap联盟在探索其他的治疗肺鳞状细胞癌的方法，但目前只有免疫疗法发展得比较好【4】。在缺乏基因靶点的大背景下，全面评估肺鳞状细胞癌的蛋白组学信息，将会大大有助于将变异基因/分子和临床表型结合起来，患者分型和精准治疗。

2021年8月5日，麻省理工和哈佛Broad研究所的Shankha Satpathy等研究者在Cell上发表文章A proteogenomic portrait of lung squamous cell carcinoma，报道了肺鳞状细胞癌的蛋白组学特征。研究者通过搜集108例肺鳞状细胞癌的肿瘤组织和对应的99份癌旁正常组织的样本进行测序和蛋白组学分析，发现：1）FGFR1扩增型肿瘤中NSD3是一个可变的驱动基因；2）p63低表达型肿瘤中则会过表达生存素，而生存素可以做一个治疗靶点；3）SOX2（SOX2本身无法作为治疗靶点）过表达型肿瘤中，LSD1和EZH2可作为治疗靶点。

肺鳞状细胞癌蛋白组学结果总览

蛋白组学分析注释了拷贝数变异（CNA）的影响。在5523个显著的cis CNA-mRNA事件中，2154个和蛋白质的表达有关，其中对应了138个“和癌症相关基因”（以下简称CAG）。在病灶的显著事件中，发现了6个扩增的CAG（包括WHSC1L1,CCND1和SOX2）和29个缺失的CAG（包括NCOR1,SETD2和CBL）。

有趣的是，WHSC1L1(NSD3)位于8p11.23，该片段的扩增在肺鳞癌中的比例非常高，另外该片段上还有FGFR1。蛋白组学的结果提示，针对NSD3干预，而不是FGFR1，可以对8p11.23扩增起到关键作用，有望成为潜在的治疗靶点。在这篇文章送审的时候，NSD3被证实是肺鳞状细胞癌癌症发生的重要调节因子，介导了肿瘤发生染色质的改变【5】。

组学聚类发现五种鳞状细胞癌亚型，其中一种是EMT-E

研究者用非负矩阵分解的单一组学和多组学方法，无监督地聚类分析了108个肿瘤样本的CNA，RNA，蛋白质，磷酸化，乙酰化数据，获得了5种肺鳞状细胞癌亚型，并按照与他们相关的主要通路、之前RNA聚类相近的信息把他们命名。

其中有一个亚型叫“上皮细胞向间充质细胞转化-富集型”（EMT-E），这种类型展现了上皮细胞向间充质细胞转化、血管发生和肌生成的上调，且伴有粘液样组织学特征和成纤维细胞浸润。EMT-E亚型中VCAN上调了，VCAN是一种SNAIL相关的肿瘤促发靶点，在癌症相关的成纤维细胞中表达。也上调了FHL3，FHL3是一种可以稳定EMT相关转录的蛋白。DVL3，FN1，FHL2和所有Wnt通路的调节信号，都在EMT-E亚型中上调了，其中Wnt中的“细胞至细胞的通路”是富集最明显的通路之一。与EMT和肿瘤相关的成纤维细胞（CAF）蛋白高表达相互作用，xCell成纤维细胞评分（一个成纤维细胞扩增的指数）提示CAFs和肿瘤可以在EMT-E亚型中相互作用。

染色体3q可作为肺鳞状细胞癌治疗靶点

染色体3q上存在有在鳞状细胞分化中扮演重要角色的基因SOX2和TP63，这些基因在样本中也表现了很高水平的扩增。研究者分析了哪些3q基因上，CNA与RNA、蛋白质的表达相关，且在肿瘤和对照样本中的表达有差异。肺鳞状细胞癌细胞系中SOX2和TP63的增强高度相关，支持他们与肿瘤基因相依赖的假设。

SOX2经常与TP3一起扩增，是扩增鳞状细胞的一个标志物，在肿瘤中会过表达。SOX2已被证实不能成为药物靶点，所以研究者们已经把兴趣聚焦到了它的上游和下游。LSD1会调节SOX2的表达，通过抑制LSD1结合免疫治疗肺鳞状细胞癌，已经处于临床试验阶段（NCT04350463）。其他发现可能有用的染色质调节因子包括: KDM3A（可以在卵巢癌中调节SOX2的表达）和EZH2（抑制它可以降低SOX2在三阴性乳腺癌中的表达）。在SOX2扩增的肺鳞状细胞癌中可以观察到EZH2的依赖。

另外，研究者还报道了：1)EMT富集亚型的肿瘤显示，磷酸化驱使的PDGFR和ROR2信号；2)失去CDK4/6通路抑制剂是肺鳞状细胞癌的普遍特征，但Rb1蛋白表达有差异，这些信息解释了为何有些病人对于CDK4/6抑制剂无应答；3)在NRF2通路突变存在或不存在时，NRF2通路活化的情况；4)赖氨酸乙酰化和泛素化之间的串扰影响癌症代谢；5)肺鳞状细胞癌的免疫和免疫调节特征；6)潜在的预后、诊断和治疗生物标志物。

总的来说，研究者通过蛋白质组将样本分成EMT-E等五种亚型，发现了潜在的治疗靶点（如生存素、NSD3、LSD1、EZH2），发现了Rb磷酸化可以作为CDK4/6抑制剂治疗临床试验的生物标志物，也为未来免疫治疗提供了免疫相关的大量信息。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.07.016

参考文献

1. Bray, F., Ferlay, J., Soerjomataram, I., Siegel, R.L., Torre, L.A., and Jemal, A. (2018). Global cancer statistics 2018: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries.CA Cancer J. Clin.68, 394–424.

2. Hammerman, P.S., Lawrence, M.S., Voet, D., Jing, R., Cibulskis, K., Sivachenko, A., Stojanov, P., McKenna, A., Lander, E.S., Gabriel, S., et al.; Cancer Genome Atlas Research Network (2012). Comprehensive genomic characterization of squamous cell lung cancers.Nature489, 519–525.

3. Paik, P.K., Pillai, R.N., Lathan, C.S., Velasco, S.A., and Papadimitrakopoulou, V. (2019). New Treatment Options in Advanced Squamous Cell Lung Cancer.Am. Soc. Clin. Oncol. Educ. Book39, e198–e206.

4. Karachaliou, N., Fernandez-Bruno, M., and Rosell, R. (2018). Strategies for first-line immunotherapy in squamous cell lung cancer: are combinations a game changer?Transl. Lung Cancer Res.7 (Suppl 3), S198–S201.

5. Yuan, G., Flores, N.M., Hausmann, S., Lofgren, S.M., Kharchenko, V., AnguloIbanez, M., Sengupta, D., Lu, X., Czaban, I., Azhibek, D., et al. (2021). Elevated NSD3 histone methylation activity drives squamous cell lung cancer.Nature590, 504–508