胶质母细胞瘤进化的综合蛋白组学特征

撰文 | 存中一贯

胶质母细胞瘤（Glioblastoma, GBM）是一种常见的致死性原发脑瘤，尽管有许多治疗策略靶向GBM，但其平均生存期仅为15个月左右【1-2】，造成这种恶性现象的原因是超过90%的GBM患者都会在原发肿瘤治疗后出现复发【3-4】。同时，复发后的GBM异质性和复杂性增强，目前没有很好的治疗手段。

近期，来自韩国国立癌症中心的Jong Bae Park联合美国迈阿密大学的Antonio lavarone，韩国成均馆大学的Do-Hyun Nam，韩国首尔医科大学的Chul-Kee Park，韩国医科大学的Jason K. Sa以及法国索邦大学的Marc Sanson团队共同在Cancer Cell杂志发表了他们最新的研究成果，题目是Integrated proteogenomic characterization of glioblastoma evolution，他们通过蛋白组学和磷酸蛋白组学分析，发现GBM复发后基因表达向神经元方向转变，这与原发性GBM的信号通路完全不同，为复发性GBM的治疗提供了新的方向和思路。

研究人员从5个机构收集了123例匹配的纵向GBM标本进行检测分析，其中122例进行了全外显子测序，86例进行了全转录组测序，105例通过质谱进行了蛋白质组和磷酸蛋白质组检测。初步分析显示，复发GBM中依然存在大量的基因突变，但一些在原发GBM中存在的基因改变在复发GBM中消失了，包括CDK6、MDM4和CCND2的染色体扩增，这些基因在原发肿瘤中主要与细胞周期调控和增殖相关，因此，复发性GBM可能不能通过增强细胞周期进展和增殖等传统机制来维持其发展。进一步分析原发肿瘤以及复发性GBM中基因拷贝数的变化，发现CDKN2A，TP53，EGFR和PTEN等肿瘤驱动基因的拷贝数没有发生太大变化，相反，一些涉及细胞周期、分裂以及DNA修复相关的基因如ERCC2, HUS1, PDGFA, RCF2等拷贝数在原发性GBM中富集，但在复发性GBM中降低，而与神经元分化相关的基因，比如SGK2, LIN7B, STX1A以及CDK5等基因的拷贝数增加，说明细胞增殖可能是GBM治疗前的主要驱动力，而复发性肿瘤的发展则与神经元活性相关。

进一步分析显示，在复发性GBM的进化过程中，一些癌基因信号通路蛋白水平上调，比如GFGR2/3, NTRK2/3, 以及BRAF蛋白等，不过这些蛋白水平的虽然上调，但其拷贝数并没有发生相应的上调，说明在GBM进化过程中转录后调控机制介导了相应蛋白水平的变化，比如蛋白质的磷酸化。例如，EGFR在原发性GBM的发展中具有重要作用，但在复发性GBM中EGFR的磷酸化水平降低，EGFR信号失活，这与原发性GBM中具有较大差异。

为了探究复发性GBM中活化的生物信号，研究人员分析了复发性GBM中表达上调的377个蛋白以及1820个磷酸化蛋白，包括SNAP25, TUBB4A, NELF, DAAM1/2, STMN1, 以及MBP。信号通路分析显示，这些蛋白大多与神经元结构、功能以及突触形成有关，这与原发性GBM中富集的DNA复制、细胞增殖、细胞外基质以及EGFR信号通路等完全不同。

通过基因组学、转录组学、蛋白组学以及磷酸蛋白组学等分析，研究人员将GBM划分为2个分支，包含4个亚型，分别是神经发育分支（proliferative/progenitor, PPR; neuronal, NEU）和代谢分支（glycolytic/plurimetabolic, GPM; mitochondrial, MTC）。研究发现，复发性GBM细胞中表现出了较低频率PPR以及较高频率的NEU亚型，复发性NEU肿瘤中BRAF/MAPK信号通路相关蛋白的表达水平和磷酸化水平都有明显上调，而在非NEU原发性肿瘤中，DNA损伤修复、染色质重塑以及EGFR信号通路相关蛋白水平以及磷酸化水平明显上调。

最后，研究人员利用SPHINKS重建了原发性和复发性GBM中激酶磷酸化网络，分析发现复发性NEU亚型肿瘤中BRAF激酶是一个关键的异常激酶，研究人员通过PDX模型对BRAF抑制剂进行了检测，发现抑制BRAF能够显著抑制PDX模型中肿瘤的生长。

综上，本研究通过多组学分析，发现复发性GBM的信号通路激活与原发性GBM之间存在较大差异，原发性GBM的驱动发展主要涉及细胞增殖、周期以及EGFR等信号通路，而复发性GBM的驱动发展则偏向神经发育方向，BRAF是复发性GBM的一个关键激酶，抑制BRAF能够显著抑制复发性GBM的进展，为GBM的治疗提供了新的靶向策略。

https://doi.org/10.1016/j.ccell.2023.12.015

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