蛋白基因组又一力作：揭示头颈部鳞状细胞癌分型及治疗靶标

来源：精准医学与蛋白组学

头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）约占所有头颈部肿瘤的90%。主要可以分为两种类型，一种是由人乳头瘤病毒（HPV）感染引起，也称为HPV阳性；另一种为HPV阴性，主要与吸烟和饮酒相关。HPV阴性患者约占所有头颈部鳞癌患者的3/4。目前对于HNSCC患者的治疗主要以手术结合放化疗为主，但患者的5年生存率仍然非常低，约有一半患者会在5年内死亡。近年来，经由FDA批准的一些靶向（EGFR抗体）或者免疫疗法（PD-1抗体）对复发和转移HNSCC患者起到了一定的良好效果。在所有头颈部鳞状细胞癌患者中占比75%左右的HPV阴性群体拥有独特的分子特征及较差的临床预后，而对其系统性的分子层面研究缺仍然相对较少。

近日，来自贝勒医学院、约翰·霍普金斯大学和美国国家癌症研究所的科学家们在国际著名期刊Cancer Cell 上面发表重要研究，其中Steven A. Carr也是作者之一。研究通过多组学联合（全外显子测序、全基因组测序、转录组、蛋白质组、磷酸化修饰组学）的方法对108例HPV阴性HNSCC患者进行研究，将所有患者分为三个亚型，并且揭示了其分别对应CDK抑制剂、 EGFR抗体、免疫治疗等三种治疗手段的高度可能性。除此之外，通过对患者蛋白质和磷酸化位点的深入观测，作者还发现了Rb磷酸化可作为CDK抑制剂治疗患者响应（药物有效与否）的重要指标。而EGFR配体，并非EGFR本身表达量变化，极大影响了患者对EGFR抗体疗法的响应程度。这些都可作为一些新的HNSCC患者治疗方法选择的生物标志物。

一、多维组学图谱绘制

作者共收集了100多例HPV阴性HNSCC患者（未治疗）的肿瘤及匹配血液样本，其中66个患者有匹配的癌/癌旁组织（样本策略），进行了系统性的多组学研究（全外显子测序、全基因组测序、转录组、基于TMT技术的蛋白质组和磷酸化修饰组学，质谱策略）。作者共鉴定到11,744个蛋白以及97,210个磷酸化肽段。PCA分析显示蛋白质组和磷酸化组学数据可以非常清晰的将癌和癌旁组织区分开来。除此之外，在108个肿瘤组织中，蛋白与mRNA关联系数约为0.52，也再一次证明了蛋白质组学区别于转录组的不同维度信息（Figure 1）。

图1  HNSCC肿瘤的多维组学分析

二、HNSCC中Rb磷酸化的重要作用揭示

已有报道证明，CDK4/6-Rb通路在肿瘤增殖中发挥了重要作用。通常认为，CDK4/6抑制剂的加入会通过有效降低Rb蛋白磷酸化来下调E2F表达，造成癌细胞周期阻滞从而抑制其增殖。而这条途径会收到CDKN2A缺失（57%）和突变（27%）和CCND1扩增（32%）的影响。多组学研究确实鉴定到HNSCC样本中大量的CDK4/6-Rb相关突变事件。尽管常规认为Rb蛋白磷酸化程度与E2F活性有正相关性，但研究显示在一些样本中，Rb磷酸化水平较低却伴随着更高的E2F活性，这意味着细胞周期的激活可通过除CDK4/6-Rb以外的途径实现。通过在PDX模型中进行实验，作者发现Rb（S807/811）磷酸化水平能够非常好的预测CDK4/6抑制剂在患者中的有效程度。除此之外，高表达Rb蛋白及Rb磷酸化的细胞系也表现出对CDK6缺失的更高敏感性（Figure 2）。

图2  HNSCC中Rb磷酸化的重要预测作用

三、EGFR配体对EGFR mAb药物有效性的预测作用

经FDA批准的一些EGFR单抗虽然作为靶向药物对HNSCC患者的治疗起到一定作用，但这种疗法的成功率仍然很低。通过对组学数据的挖掘及一系列验证，作者发现当对EGFR通路进行干扰时，EGFR改变与通路活性并没有或者展现出非常低的相关性，反之所右的EGFR配体都呈现与通路极强的相关性。除此之外，当EGFR蛋白过表达时，如果EGFR配体表达量低，那么EGFR下游的俩个主要通路PI3K/Akt/mTOR和the RAF/MEK/ERK也不会被激活。因此，本研究认为EGFR配体而非EGFR本身是EGFR途径激活的关键限制因素。由此可知，在对临床HNSCC患者进行EGFR单抗靶向用药时，EGFR配体可作为更加有效的生物标志物来判断患者是否适用于EGFR靶向疗法（Figure 3）。

 图3  EGFR配体对EGFR mAb药物有效性的预测作用

四、多组学对HNSCC患者的亚型区分

对所有HNSCC样本的大规模多组学分析后，作者发现可以讲患者分为三个主要亚型，分别为Cluster I/ II/ III。更为重要的是，通过对每组样本中分子层面特色分析，三种亚型分别匹配了三种推荐治疗手段：CDK抑制剂、EGFR抗体和免疫检查点抑制疗法。这对之后HNSCC患者的精准治疗提供了新的依据和方向（Figure 4）。

图4  HNSCC患者的亚型区分和匹配的治疗手段

小结与展望

本文通过多组学联合（全外显子测序、全基因组测序、转录组、蛋白质组、磷酸化修饰组学）的方法对108例HPV阴性HNSCC患者进行研究，将所有患者分为三个亚型，并且揭示了其分别对应CDK抑制剂、 EGFR抗体、免疫治疗等三种治疗手段的高度可能性。除此之外，通过对患者蛋白质和磷酸化位点的深入观测，作者还发现了Rb磷酸化可作为CDK抑制剂治疗患者响应（药物有效与否）的重要指标。而EGFR配体，并非EGFR本身表达量变化，极大影响了患者对EGFR抗体疗法的响应程度。这些都可作为一些新的HNSCC患者治疗方法选择的生物标志物。