Cancer Cell |如何利用多组学提高对肿瘤异质性的理解

Cancer Cell 杂志1月份发表的 “Histopathologic and proteogenomic heterogeneity reveals featuresof clear cell renal cell carcinoma aggressiveness”的研究文章，在最初的 CPTAC 研究的基础上，扩大了患者队列和其他组学分析，以突出ccRCC(肾透明细胞癌-ccRCC, 是肾癌中最常见的亚型) 中的异质性。ccRCC与大多数RCC 死亡相关。瘤间和瘤内异质性 (ITH) 导致不同的预后和治疗结果。

根据组织病理学分类，ccRCC可以分为四种亚型：低分化ccRCC肿瘤（CL），高分化ccRCC肿瘤（CH），以及CH组中的肉瘤样特征组（CH-S），横纹肌样特征组（CH-R）。CL归类为low-grade（N=121）, CH、CH-S、CH-R归类为high-grade(N=92).

除了组织病理学，综合BAP1突变（Mutant & wild-type）、wGII（weighted genome instability index， 加权基因组不稳定性指数, high & low）、甲基化（methyl1&2&3）、免疫亚型和多组学亚型的分布，发现与low-grade肿瘤相比，high-grade肿瘤的肿瘤间异质性水平更高(Fisher 精确检验 p = 1.02e−04)。

high-grade肿瘤发现其富集的一些特征，例如 BAP1 突变、肿瘤高甲基化和肉瘤样特征，这些特征往往与不良患者预后相关。本文往下走了一步，这篇文章找到了准确而且更容易评估的标志物。强调了可通过 IHC 检测的 UCHL1 （一种去泛素化酶）表达，其高表达与 CPTAC ccRCC 和 TCGA KIRC 队列中的较差预后相关，可作为具有 BAP1 突变、基因组不稳定或肿瘤高甲基化增加的高分化肿瘤的潜在生物标志物。

摘自Figure5 ：UCHL1 是 BAP1 突变（E）、wGIIhigh 组（F）中的标志物之一，且(G) Kaplan-Meier 图表明 CPTAC ccRCC 队列中总体存活率与 UCHL1 蛋白丰度之间的关联，Log-rank test p = 0.027；(H) UCHL1 在 Methyl1 ccRCC (a, b) 中一致高表达和在 Methyl3 ccRCC (c, d) 中不存在 UCHL1 表达。

以上表明UCHL1 除了富含 Methyl1 外，还与 BAP1 突变体和基于 RNA 表达、蛋白质丰度、UCHL1 IHC 得分和 IHC 染色的 wGII-high 类别显著相关。UCHL1 阳性作为重要的潜在预后标志物，亦继续在独立队列中进行验证。对随后发展为转移性 RCC 的独立 RCC 原发性肿瘤患者队列（n = 16）的检查表明，68%（11/16例）的原发性肿瘤显示出强的 UCHL1 阳性。与未富集的RCC 原发性肿瘤队列（CPTAC 和 TCGA）中观察到的 10%–15% 的 UCHL1 表达病例相比，显著增加。

摘自Figure5 ：(I)在 16 个独立的临床侵袭性病例之一中对 UCHL1 染色进行了表征，这些病例显示出形态学异质性；(J)区域 1 和区域 2 对应于横纹肌样（红色面板）和high-grade（黄色面板）结节，分别表现出强和中等的 UCHL1 表达。区域 3-low-grade区域（蓝色面板），表现为UCHL1 阴性

因此，能够证明UCHL1 表达与异质性的对应关系。

另外，本文也强调了多片段分析和单细胞分析可以更好地捕捉 TME 免疫成分的全貌，以预测免疫治疗反应。在免疫亚型中观察到的异质性尤为重要，因为ccRCC 被认为是一种免疫治疗敏感的肿瘤，越来越多采用免疫治疗作为转移性 ccRCC 的一线治疗，而免疫异质性的程度可能会影响治疗的疗效。本研究中基于单细胞的分析证实了节段之间肿瘤、间质和免疫成分的差异，并进一步揭示了在节段内分离组织病理学不同细胞的特定亚群的能力，例如具有横纹肌样或肉瘤样特征的细胞分化，是预后不良的特征。

摘自Figure 3. snRNA-seq 图谱识别不同的肿瘤内上皮细胞群

摘自Figure 4. snRNA-seq 图谱进一步细化肉瘤样和横纹肌样组织学相关基因表达特征

这项研究强调了靶向治疗的几种潜在途径。

1）增加的肿瘤特异性高甲基化可能对去甲基化剂如decitabine (5-aza-2′-deoxycytidine) 或guadecitabine (SGI-110)在治疗上敏感，并且已经提出诱导的去甲基化治疗可能比以往常见的ccRCC基于免疫的效果可能更好。

2）MAPK 通路的肿瘤特异性磷酸化在几个 ccRCC 细胞系模型中可以考虑成为靶向治疗的指标，MEK 抑制剂诱导有效的靶向去磷酸化和显著的抗增殖作用。 MEK 抑制剂有相应的基础，以前曾被考虑用于治疗 ccRCC，本研究加强了对其潜在应用的支持。

3）糖蛋白 HYOU1 在high-grade肿瘤ccRCC 中的表达增加及其与不良生存率的相关性，使其成为潜在的治疗靶点和生物标志物，这些相关性已在其他癌症类型中发现。值得注意的是，这一观察结果无法在 RNA 表达水平上检测到，并突出了多组学蛋白质分析在识别潜在的基于 IHC 的生物标志物方面的能力。改变的糖蛋白肿瘤特异性表达与各种癌症的侵袭性和转移潜能有关，并被认为是治疗靶点。

4）最后，代谢组分析证实了high-grade  ccRCC 尿素循环中谷氨酰胺和代谢物的丰度增加，这两项观察结果目前都被认为是治疗靶标。

总之，这项研究通过多组学分析方法增强了对异质性疾病的理解。组织学异质性的观察与潜在的分子异质性密切相关，但分子异质性也超出了在可视化组织水平上观察到的异质性，描述了可以推动治疗研究转化的蛋白质基因组学特征，以改善 ccRCC 患者的预后。