8+生信文章鉴赏，教你如何做肿瘤分子分型
今天给大家带来一篇研究胰腺癌分子表征的生信文章，文章的题目为Integrative analysis reveals clinically relevant molecular fingerprints in pancreatic cancer，发表在Molecular Therapy: Nucleic Acid（IF：8.886）杂志上。文章通过研究36个胰腺癌细胞系（PCCL）的多层分子数据，包括基因突变、基因表达、miRNA表达和蛋白质图谱，分析确定了与临床意义和药物敏感性相关的胰腺癌分子特征，为胰腺癌患者的精确治疗提供了潜在的有效策略。
研究背景
胰腺癌是一种高度侵袭性的癌症，对治疗的反应率极低。阻碍胰腺癌诊断和治疗水平提高的主要障碍之一是胰腺癌分子改变的整个场景一直不清楚。因此，迫切需要对胰腺癌的分子结构进行表征，以便发现早期诊断的生物标志物和临床干预的潜在靶点。
在本研究中，研究者对来自36个胰腺癌细胞系（PCCL）的多组学数据进行了综合分析。根据mRNA表达将PCCLs分为2个亚组，并通过miRNA和蛋白质表达对其进行进一步的重述。根据与PCCL亚组相关的表达模式，将肿瘤样本进一步分为3个亚组。通过整合药物敏感性数据，确定了在不同亚组中表现出变异敏感性的药物。本文的研究结果有助于了解胰腺癌的分子改变，并通过提出有希望的靶向治疗候选方案推动胰腺癌患者的临床治疗实践。
研究路线
研究结果
1、胰腺癌细胞系与原发性肿瘤具有相同的基因组突变
研究方法与结果：1）比较来自TCGA胰腺癌队列的36个PCCL和769个原发性胰腺肿瘤样本之间的癌症驱动基因突变频率（图1A）。53.3%的癌症驱动基因（如KRAS、SMAD4和CDKN2A）在PCCLs和原发性胰腺肿瘤之间的突变频率没有差异。
一些癌症驱动基因在PCCL中表现出显著差异，如TP53、ARID1A和EP300。此外，这些癌症驱动基因中的大多数存在错义突变（图1B）。
在TCGA胰腺癌患者队列中确定了87个共现基因对和6个互斥基因对（图1C）。然而，在PCCL中观察到的此类事件要少得多，其中检测到20对共现基因对和4对互斥基因对（图1D）。这可能是因为胰腺癌细胞系数量相对较少，仅覆盖了部分胰腺癌亚型。
图1
研究结论：PCCL队列再现了原发性胰腺癌样本中的主要基因组失调。
2、根据转录组mRNA将PCCLs分为两个亚组
研究方法与结果：1）采用无监督一致性聚类算法对36个PCCL进行分类。PCCL分为2个亚组，即C1和C2亚组（图2A）。
2）对这两个亚组之间差异表达的基因进行了功能富集分析，揭示了这两个亚组不同的多种生物学过程，包括表皮生物学，如“表皮发育”、“表皮细胞分化”和“上皮细胞增殖的正调控”（图2B）。
3）C1亚群主要与“分化”相关，表明C1细胞系更具上皮特征，其特征是分化相关标记基因高表达，如FAM65B和RBM24（图2C）。然而，C2亚组的PCCLs表现出其他分子特征，如“免疫”、“转移/血管生成”、“转移/表皮”和“增殖”。
4）C2亚组细胞系显示出高丰度的相关标记基因，如IL23A和IL1RL2的免疫、ENPEP和EPHA1的血管生成、SPRR3和SPRR2D的表皮以及NTF4和KRT6A的增殖（图2D）。
图2
研究结论：PCCL队列再现了原发性胰腺癌样本中的主要基因组失调。
3、miRNA表达与PCCL转录组亚群高度相关
研究方法与结果：1）分析了36个PCCL中734个miRNA的表达谱，采用表达水平差异最大的前200个miRNA进行无监督一致性聚类分析，其中36个PCCL被分为2个亚组（图3A）。
将miRNA亚组中的胰腺癌细胞系分配到mRNA亚组，研究者发现，基于miRNA表达的分类与mRNA转录组亚组高度一致，只有4个细胞系例外（图3B）。
3）进一步比较2个转录组亚组之间的miRNA表达水平，发现C1亚组中有2个上调miRNA，C2亚组中有12个下调miRNA（图3C）。
图3
研究结论：这些结果显示了PCCLs中miRNA和mRNA表达模式之间的密切联系。
4、蛋白质谱重述PCCL转录组亚组
研究方法与结果：1）进一步分析了36个PCCL中214个蛋白质的表达谱，以表征蛋白质特征。PCCL根据蛋白质水平分为2个亚组，其中只有3个细胞系与转录组学分类存在差异（图4A）。
2）差异分析显示16种蛋白质在PCCLs的C1和C2亚组之间表现出显著差异（C2亚组中有9种上调和7种下调）（图4B）。
3）与C1亚组相比，C2亚组的Rab25、P-钙粘蛋白和α-连环蛋白水平显著升高，而C2亚组的Rictor_pT1135、Tuberin和TSC1_TSC1_Caution水平下调（图4C）。
4）大多数差异蛋白在36个PCCL中表现出显著的正相关或负相关（图4D）。更具体地说，GATA3和E-Cadherin在各种PCCL中高度共表达，而Tuberin和P-钙粘蛋白则表现出显著的特异性表达。
5）进一步构建了蛋白质相互作用网络，网络分析揭示了不同亚组之间生物学特性的差异，如EGFR信号、PI3K信号和MAPK信号通路（图4E）。
图4
研究结论：不同亚组胰腺癌具有不同的分子特征，这可能有助于胰腺癌患者的分类管理和精确治疗的临床实践
5、PCCL亚组具有临床意义
研究方法与结果：1）将来自TCGA PAAD队列的胰腺癌样本映射到相应的亚组。PAAD肿瘤样本根据其与PCCLs的表达相关性分为三个亚组（图5A）。在C1亚组中，12个肿瘤样本显示出与PCCLs最相似的表达谱，而在C2亚组中，90个样本与PCCLs高度相关。此外，部分肿瘤样本（N=75）表现出C1亚组和C2亚组的混合表达模式，这两个亚组被指定为C3亚组。来自C1亚组（如TCGA-2J-AABP）的肿瘤样本与C1亚组中的细胞系具有最高相关性，而C2亚组（如TCGA-FB-A545）中的肿瘤样本与C2细胞系具有较高的相似性（图5B）。
2）C1亚组的肿瘤样本的CD4幼稚细胞浸润明显高于C2和C3亚组（C2为P=1.5E-5，C3为P=2.2E-5，图5C）。
3）C2亚组的肿瘤样本比C1和C3亚组的肿瘤样本更易被单核细胞浸润（C1组P=9.2E-5，C3组P=3.4E-4）。
4）Kaplan-Meier分析显示，不同亚组之间的生存时间存在显著差异（P=1.2E-3，图5D）。
图5
研究结论：亚组分类具有显著的临床意义，并可能促进胰腺癌患者更有效的临床治疗。
6、综合分析确定PCCLs药物敏感性相关的分子特征
研究方法与结果：1）通过比较两个亚组中细胞系对497种抗肿瘤药物的敏感性，我们确定了13种药物在不同PCCL亚组中具有不同的敏感性（图6A）。2种药物在C2亚组中表现出更高的敏感性，而C1 PCCL对11种药物更为敏感。
2）SIRT1的小分子激活剂SRT-1720在C2 PCCLs中表现出显著更高的敏感性（P=3.0E-2，图6B）。C1亚组的胰腺细胞对另一种小分子ALK抑制剂NVP-TAE684更敏感（P=1.3E-2）。
3）具有CDKN2A突变的胰腺癌细胞对阿霉素、长春新碱、伊马替尼、阿西替尼、舒尼替尼、伦伐替尼和博司替尼等药物更为敏感（图6C）。
4）TP53突变的PCCLs比野生型TP53的PCCLs对西罗莫司、地塞米松和凡达替尼更敏感（图6D）。
5）伐地昔布和奥沙利铂在SMAD4突变PCCL中高度敏感（图6E）。
图6
研究结论：确定了与药物敏感性相关的分子特征，为胰腺癌的精确治疗提供了潜在的策略。
本文小结
胰腺癌是一种高度侵袭性的癌症，对治疗的反应率极低，这就要求对胰腺癌细胞系（PCCL）进行全面的分子表征。研究者筛选了36个PCCL的多层分子数据，包括基因突变、基因表达、miRNA表达和蛋白质图谱。通过对基因组突变的比较分析发现，PCCLs再现了原发性肿瘤的基因组改变，并提出了临床干预的潜在治疗策略。根据转录组mRNA表达将36个PCCL分为2个亚组，其中C1亚组以分化为特征，而C2细胞系以“免疫”、“转移/血管生成”、“转移/表皮”和“增殖”为特征。结果还表明，CDKN2A、TP53和SMAD4突变的PCCL对某些抗癌药物更为敏感。研究者的综合分析确定了与临床意义和药物敏感性相关的胰腺癌分子特征，为胰腺癌患者的精确治疗提供了潜在的有效策略。
参考文献：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2162253121001566
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