「青莲聚焦」运用以蛋白组学为中心的多组学技术研究三阴性乳腺癌-淑女花苑漫画
乳腺癌的疾病分型多种多样，其中三阴性乳腺癌（Triple-negative breast cancer，TNBC）因预后极差被称为“乳腺癌之王”，占所有乳腺癌的10-20%。其内脏转移发生率高，缺乏公认的治疗靶点，临床治疗是一个巨大的挑战。
国家蛋白质科学中心秦钧教授、复旦大学附属肿瘤医院乳腺外科邵志敏教授、国家蛋白质科学中心朱伟民教授领衔团队在Cell Reports（IF=8.109）杂志上发表题为“Proteome-centric cross-omics characterization and integrated network analyses of triple-negative breast cancer”的研究成果，报告了一项对90例TNBC配对样本在定量、磷酸化和DNA结合能力方面的全面蛋白质组学研究，将其分为4个亚型（iP-1-4），每个亚型具有不同的分子和通路特征以及临床结果，这为进一步临床探索和深入研究疾病的分子机制奠定了基础。
样本策略：肿瘤组织和非癌邻近组织
技术策略：LFQ蛋白组学、磷酸化蛋白组学
结果速递
01TNBC的多组学数据总览
研究人员对FUSCCTNBC队列中收集患者的肿瘤和配对非癌邻近组织（NAT）样本进行Label-free蛋白质组学分析 。从82个肿瘤和66个配对NAT的全局蛋白质组分析中获得了7531个蛋白质，从86个肿瘤和70个配对NAT的磷酸蛋白质组分析中获得了4194个蛋白质上的20069个磷酸位点，catTFRE分析从74个肿瘤和57个配对NAT中获得了2967个DBPs（DNA结合蛋白）。
图1：TNBC的多组学数据概览02TNBC个体蛋白质组数据类型的聚类分析
使用蛋白质和磷蛋白表达数据集进行综合聚类分析，将肿瘤样本被分为四个亚型（表示为iP-1-4），这些亚型在预后上表现出显著差异。
GSVA富集分析显示，每种亚型都有不同的富集途径。在iP-1亚型中，高度富集的通路包括细胞周期、DNA复制和延伸、mRNA剪接，以及与E2F、MYC和BRCA相关的通路；其特征蛋白包括TOP2A、CSNK1A1和NAE1，提示iP-1亚型具有较强的增殖特性。亚型iP-2中发现其与氨基酸代谢，不良预后相关的上调AR靶点和共激活子DHCR24、ALCAM和FASN相关（图2C）。iP-3亚型表现出免疫相关途径的高度富集，包括炎症、干扰素、细胞表面整合和TNF-a信号传导途径，表明该亚型中存在较强的免疫细胞浸润，CDS2和TNFAIP2作为信号蛋白存在于iP-3亚型中。亚型iP-4表现出可能参与肿瘤转移的上调ECM、上皮间充质和基质过程，已鉴定的相关标志蛋白包括CTSG、MMP2、SERPINA5。
iP-2亚型的不良预后与其特征性脂质代谢途径密切相关，尤其是脂肪酸合成途径。iP-3亚型的特点是免疫过程高度富集。在iP-4亚型中，上皮间充质通路中与肿瘤转移相关的分子聚集在一起。
图2：TNBC个体蛋白质组数据聚类分析03整合蛋白质组学亚型的特征分析
激酶和转录因子（TF）是细胞信号转导中的关键调节因子。为了研究TNBC不同蛋白质组亚型中的激酶和TF调节子模式，我们使用磷酸蛋白质组数据集研究了单样本激酶活性。
在转录组中观察到MAP2K4下调，但在蛋白质组中显著上调。通过其在DBP和/或磷酸蛋白质组数据集中的表达水平交叉检查推断的TFs活性增加。因此，E2F1、CDC5L、HMGXB4、PHF5A、TFAM和UBP1在亚型iP-1中表现出更高的活性，可调节301个下游亚型iP-1信号中的175个。其中，已知E2F1介导多个cancer特征标记过程，其靶基因产物CDK1、CDKN2A、TOP1、TOP2A和DNMT1，已知参与细胞周期、DNA修复和DNA甲基化过程，在亚型iP-1中被特异性上调。在亚型IP2中，发现AR和SREBF1的活性增加。SREBF1是AR的靶点，参与脂肪酸代谢。对于亚型iP-3，ARID3A和STAT家族（STAT1、STAT2和STAT5A）先前报道参与各种免疫相关过程，在蛋白质组或磷酸蛋白质组中显示出较高的活性和表达水平。这些推断的激酶和TF活性分析的结果与不同组学数据与在各自iCluster亚型中发现的特征性标记蛋白和途径一致。
图3：蛋白质组学亚型的特征分析04不同亚型药物靶点的发现
通过对TF主调控因子的检测，文章发现NAE1是iP-1亚型的标志性蛋白，受转录因子UBP1、TFAM、CDC5L和HMGXB4的调控，在该亚型中活性和表达水平升高。共表达分析表明，NAE1丰度与TF主调节蛋白UBP1和其他iP-1特征蛋白显著相关，包括PFDN4、PTPRF、RFC2和MDC1。脂质代谢途径在iP-2中高度富集，其中SREBF1调节蛋白和脂肪酸代谢相关蛋白如FASN、HMGCS1和ACACA上调；激酶AKT1在蛋白质组和磷酸蛋白质组中均高度表达，并且从磷酸蛋白质组数据集推断，激酶活性增加。
图4：NAE1是iP-1亚型的标志性蛋白
图5：iP-2亚型的合理治疗靶点：脂肪酸代谢中的关键分子结论：
文章利用蛋白质组学数据集以及同一队列的基因组和转录组学数据进行联合分析，对疾病的层次和聚集分子过程的进行了整体交叉组学的研究，描绘上游调节器和下游过程之间的调节网络。作者发现NAE1是iP-1亚型的潜在药物靶点，AKT1/FASN等一系列脂肪酸代谢的关键分子是iP-2亚型的潜在靶点。这一结果揭示了TNBC背后的分子机制，并提出了分子靶点及其治疗应用关系的坚实证据。