胃癌（GC）是最危及生命的惡性腫瘤之一，是全球癌癥相關(guān)死亡的第三常見原因。全身化療、放療、手術(shù)、免疫治療和靶向治療對GC有效。然而GC具有復(fù)雜的分子變化基因組景觀，導(dǎo)致廣泛的治療反應(yīng)。靶向HER2的曲妥珠單抗是GC的一線治療方法，其與化療藥物的結(jié)合顯著改善了患者的預(yù)后。然而，原發(fā)性和獲得性耐藥性仍然是限制其廣泛使用的主要因素。因此，有必要開發(fā)基于HER2相關(guān)分子特征的新型分子亞型，以促進(jìn)臨床決策和改進(jìn)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)。
代謝重編程是各種實體腫瘤的共同特征。然而，尚未建立一種基于代謝異質(zhì)性區(qū)分臨床相關(guān)亞型的方法。因此，大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院的尚東副院長、尹沛源研究員帶領(lǐng)研究團(tuán)隊，基于新的多組學(xué)整合策略，將GC分為四種具有不同代謝特征的代謝亞型，并確定了新的代謝亞型在GC個體化治療中的關(guān)鍵作用，相關(guān)研究成果以“Integration of transcriptomics, proteomics, and metabolomics data to reveal HER2-associated metabolic heterogeneity in gastric cancer with response to immunotherapy and neoadjuvant chemotherapy”為題發(fā)表在了Frontiers in Immunology（IF 8.786）期刊上。
研究結(jié)果
1. 轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組學(xué)分析表明，ERBB2和HER-2與GC患者的免疫狀態(tài)和代謝特征顯著相關(guān)
在包括GC在內(nèi)的大多數(shù)惡性腫瘤中，ERBB2（蛋白產(chǎn)物為HER2）的mRNA水平顯著升高，與GC患者的不良預(yù)后相關(guān)。進(jìn)一步研究ERBB2基因及其蛋白產(chǎn)物HER2與GC免疫和代謝調(diào)節(jié)的重要關(guān)系，研究團(tuán)隊整合了TCGA-STAD和TCPA-STAD隊列的GC患者的轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)組表達(dá)譜，揭示了ERBB2基因及其蛋白產(chǎn)物HER2與GC患者免疫狀態(tài)之間的實質(zhì)性負(fù)調(diào)節(jié)關(guān)系。此外，研究團(tuán)隊也發(fā)現(xiàn)ERBB2在GC中許多免疫途徑的調(diào)節(jié)及GC的代謝途徑中起著關(guān)鍵作用。
2. GC腫瘤發(fā)生過程中的代謝景觀變化
對112名不同臨床分期和分級的GC患者和112名健康志愿者的血清樣本進(jìn)行代謝組學(xué)分析。質(zhì)譜法鑒定了1284種代謝物，859種代謝產(chǎn)物（129種上調(diào)，730種下調(diào)）在GC患者和健康個體之間表現(xiàn)出明顯的差異（FDR<0.05，FC>1.2或<5/6）。此外，發(fā)現(xiàn)許多脂質(zhì)代謝物在GC（如LPC、PC和Cers）中的水平降低，這在以前很少有報道的。差異代謝物的KEGG分析主要富含丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸(AAG)代謝、精氨酸、乙/醛酸和二羧酸代謝途徑。
使用代謝組學(xué)數(shù)據(jù)和IHC結(jié)果，采用平均連鎖（average-linkage)策略和皮爾遜相關(guān)分析對51個GC樣本進(jìn)行聚類，共保留了24個代謝物模塊。淺青色、午夜藍(lán)色和黑色模塊與HER2表達(dá)顯著相關(guān)，并且3個模塊中34種代謝物高度連接。34種ERBB2共表達(dá)代謝物與GC分期、GC等級及GC類型顯著相關(guān)，涉及AAG和GG代謝途徑。泛癌轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)也驗證了GG和AAG代謝相關(guān)基因與ERBB2表達(dá)之間的密切關(guān)系。
3. GC的四個不同代謝亞組
基于TCGA-STAD隊列的RNA測序數(shù)據(jù)中的糖酵解/糖異生(GG)和丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸(AAG)代謝相關(guān)基因的表達(dá)譜對GC進(jìn)行分層，共識聚類分為四種代謝亞型：靜止、GG、AAG和混合亞型。總生存率和疾病特異性生存率分析顯示四個代謝亞組的預(yù)后差異顯著，這表明代謝亞型的分類具有臨床意義。此外，不同代謝亞型的特定分子的功能注釋顯著不同。此外，GG亞型表現(xiàn)出相對較高的免疫檢查點(diǎn)基因表達(dá)水平。因此，GG亞型免疫細(xì)胞的高度浸潤可能是一種代償現(xiàn)象。
4. 靶向藥物敏感性分析和免疫治療預(yù)測
代謝重塑對化療反應(yīng)的預(yù)測具有深遠(yuǎn)的意義。GG亞型對帕納替尼（ponatinib）、bexarotene、dimethyloxalylglycine（二甲基乙二酰氨基乙酸）、pictilisib、imatinib（伊馬替尼）、pazopanib（帕唑帕尼）、PD173074、crizotinib（克唑替尼）和sunitinib（舒尼替尼）有較低的IC50，表明該亞型患者可能對這些化療藥物極為敏感。然而，混合亞型患者對cisplatin（順鉑）、doxorubicin（阿霉素）、epothilone B（埃博霉素B）、gemcitabine（吉西他濱），obatoclax mesylate（甲磺酸奧巴曲松）和tipifarnib更為敏感。
靜止和AAG亞型具有更有利的免疫治療反應(yīng)，這表明具有這些亞型的GC患者可能受益于免疫檢查點(diǎn)阻斷治療。PD-1阻斷劑、CTLA4阻斷劑和聯(lián)合阻斷劑治療可能對靜止亞型患者更有利。
研究結(jié)論
在這項研究中，轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組學(xué)分析表明ERBB2和HER-2與GC患者的免疫狀態(tài)和代謝特征顯著相關(guān)。GC的代謝組學(xué)特征表明，糖酵解/糖異生（GG）和AAG代謝是HER2共表達(dá)的代謝途徑。共識聚類用于將GC患者分為具有不同代謝特征的四種亞型（即靜止型、GG型、AAG型和混合亞型）。GG亞型的特點(diǎn)是ERBB2表達(dá)水平較低，炎癥表型比例較高，預(yù)后最差。GG和混合亞型對化療高度敏感，而靜止亞型和AAG亞型更可能對免疫治療有益。
吉凱基因憑借多年在靶標(biāo)篩選及驗證服務(wù)領(lǐng)域的技術(shù)積累，建立的標(biāo)準(zhǔn)化 、工程化 、系統(tǒng)化的GRP平臺，為中國研究型醫(yī)生提供科研服務(wù)，加快科研成果轉(zhuǎn)化。其中，多組學(xué)平臺包含蛋白質(zhì)組學(xué)平臺和高通量測序平臺：
·蛋白質(zhì)組學(xué)平臺擁有多臺timsTOF Pro、Exploris 480高精度質(zhì)譜儀，專業(yè)的Spectronaut Plusar、Mascot等分析軟件，提供專業(yè)的4D、DIA、TMT、PRM、磷酸化修飾組、olink蛋白質(zhì)組等檢測服務(wù)，強(qiáng)大的機(jī)器學(xué)習(xí)算法、IPA分析、蛋白基因組分析服務(wù)，系統(tǒng)的生物標(biāo)志物、分子分型、藥物靶點(diǎn)、基因功能研究等解決方案，真正讓廣大研究型醫(yī)生的科研工作更省心、更省力、更高效；
·高通量測序平臺分為常規(guī)測序服務(wù)和單細(xì)胞測序服務(wù)：單細(xì)胞測序擁有10x和BD兩個平臺，提供單細(xì)胞RNA-seq、單細(xì)胞核測序、單細(xì)胞混樣RNA-seq、單細(xì)胞TCR/BCR、單細(xì)胞（RNA+ATAC）、空間轉(zhuǎn)錄組測序等服務(wù)；常規(guī)測序服務(wù)提供meRIP-seq（m6A/m1A/m7G/m5C 等RNA甲基化修飾測序）、acRIP-seq（ac4C RNA乙酰化修飾測序）、ATAC-seq、Ribo-seq（翻譯組測序） 、mRNA/miRNA/LncRNA/circRNA-seq、全轉(zhuǎn)錄組測序（兩文庫/三文庫）、外泌體miRNA/LncRNA-seq、WGS/WES、WGBS、RRBS、BSAS等服務(wù)。
研究結(jié)果
1. 轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組學(xué)分析表明，ERBB2和HER-2與GC患者的免疫狀態(tài)和代謝特征顯著相關(guān)
在包括GC在內(nèi)的大多數(shù)惡性腫瘤中，ERBB2（蛋白產(chǎn)物為HER2）的mRNA水平顯著升高，與GC患者的不良預(yù)后相關(guān)。進(jìn)一步研究ERBB2基因及其蛋白產(chǎn)物HER2與GC免疫和代謝調(diào)節(jié)的重要關(guān)系，研究團(tuán)隊整合了TCGA-STAD和TCPA-STAD隊列的GC患者的轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)組表達(dá)譜，揭示了ERBB2基因及其蛋白產(chǎn)物HER2與GC患者免疫狀態(tài)之間的實質(zhì)性負(fù)調(diào)節(jié)關(guān)系。此外，研究團(tuán)隊也發(fā)現(xiàn)ERBB2在GC中許多免疫途徑的調(diào)節(jié)及GC的代謝途徑中起著關(guān)鍵作用。
2. GC腫瘤發(fā)生過程中的代謝景觀變化
對112名不同臨床分期和分級的GC患者和112名健康志愿者的血清樣本進(jìn)行代謝組學(xué)分析。質(zhì)譜法鑒定了1284種代謝物，859種代謝產(chǎn)物（129種上調(diào)，730種下調(diào)）在GC患者和健康個體之間表現(xiàn)出明顯的差異（FDR<0.05，FC>1.2或<5/6）。此外，發(fā)現(xiàn)許多脂質(zhì)代謝物在GC（如LPC、PC和Cers）中的水平降低，這在以前很少有報道的。差異代謝物的KEGG分析主要富含丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸(AAG)代謝、精氨酸、乙/醛酸和二羧酸代謝途徑。
使用代謝組學(xué)數(shù)據(jù)和IHC結(jié)果，采用平均連鎖（average-linkage)策略和皮爾遜相關(guān)分析對51個GC樣本進(jìn)行聚類，共保留了24個代謝物模塊。淺青色、午夜藍(lán)色和黑色模塊與HER2表達(dá)顯著相關(guān)，并且3個模塊中34種代謝物高度連接。34種ERBB2共表達(dá)代謝物與GC分期、GC等級及GC類型顯著相關(guān)，涉及AAG和GG代謝途徑。泛癌轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)也驗證了GG和AAG代謝相關(guān)基因與ERBB2表達(dá)之間的密切關(guān)系。
3. GC的四個不同代謝亞組
基于TCGA-STAD隊列的RNA測序數(shù)據(jù)中的糖酵解/糖異生(GG)和丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸(AAG)代謝相關(guān)基因的表達(dá)譜對GC進(jìn)行分層，共識聚類分為四種代謝亞型：靜止、GG、AAG和混合亞型。總生存率和疾病特異性生存率分析顯示四個代謝亞組的預(yù)后差異顯著，這表明代謝亞型的分類具有臨床意義。此外，不同代謝亞型的特定分子的功能注釋顯著不同。此外，GG亞型表現(xiàn)出相對較高的免疫檢查點(diǎn)基因表達(dá)水平。因此，GG亞型免疫細(xì)胞的高度浸潤可能是一種代償現(xiàn)象。
4. 靶向藥物敏感性分析和免疫治療預(yù)測
代謝重塑對化療反應(yīng)的預(yù)測具有深遠(yuǎn)的意義。GG亞型對帕納替尼（ponatinib）、bexarotene、dimethyloxalylglycine（二甲基乙二酰氨基乙酸）、pictilisib、imatinib（伊馬替尼）、pazopanib（帕唑帕尼）、PD173074、crizotinib（克唑替尼）和sunitinib（舒尼替尼）有較低的IC50，表明該亞型患者可能對這些化療藥物極為敏感。然而，混合亞型患者對cisplatin（順鉑）、doxorubicin（阿霉素）、epothilone B（埃博霉素B）、gemcitabine（吉西他濱），obatoclax mesylate（甲磺酸奧巴曲松）和tipifarnib更為敏感。
靜止和AAG亞型具有更有利的免疫治療反應(yīng)，這表明具有這些亞型的GC患者可能受益于免疫檢查點(diǎn)阻斷治療。PD-1阻斷劑、CTLA4阻斷劑和聯(lián)合阻斷劑治療可能對靜止亞型患者更有利。
在這項研究中，轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組學(xué)分析表明ERBB2和HER-2與GC患者的免疫狀態(tài)和代謝特征顯著相關(guān)。GC的代謝組學(xué)特征表明，糖酵解/糖異生（GG）和AAG代謝是HER2共表達(dá)的代謝途徑。共識聚類用于將GC患者分為具有不同代謝特征的四種亞型（即靜止型、GG型、AAG型和混合亞型）。GG亞型的特點(diǎn)是ERBB2表達(dá)水平較低，炎癥表型比例較高，預(yù)后最差。GG和混合亞型對化療高度敏感，而靜止亞型和AAG亞型更可能對免疫治療有益。
吉凱基因憑借多年在靶標(biāo)篩選及驗證服務(wù)領(lǐng)域的技術(shù)積累，建立的標(biāo)準(zhǔn)化 、工程化 、系統(tǒng)化的GRP平臺，為中國研究型醫(yī)生提供科研服務(wù)，加快科研成果轉(zhuǎn)化。其中，多組學(xué)平臺包含蛋白質(zhì)組學(xué)平臺和高通量測序平臺：
·蛋白質(zhì)組學(xué)平臺擁有多臺timsTOF Pro、Exploris 480高精度質(zhì)譜儀，專業(yè)的Spectronaut Plusar、Mascot等分析軟件，提供專業(yè)的4D、DIA、TMT、PRM、磷酸化修飾組、olink蛋白質(zhì)組等檢測服務(wù)，強(qiáng)大的機(jī)器學(xué)習(xí)算法、IPA分析、蛋白基因組分析服務(wù)，系統(tǒng)的生物標(biāo)志物、分子分型、藥物靶點(diǎn)、基因功能研究等解決方案，真正讓廣大研究型醫(yī)生的科研工作更省心、更省力、更高效；
·高通量測序平臺分為常規(guī)測序服務(wù)和單細(xì)胞測序服務(wù)：單細(xì)胞測序擁有10x和BD兩個平臺，提供單細(xì)胞RNA-seq、單細(xì)胞核測序、單細(xì)胞混樣RNA-seq、單細(xì)胞TCR/BCR、單細(xì)胞（RNA+ATAC）、空間轉(zhuǎn)錄組測序等服務(wù)；常規(guī)測序服務(wù)提供meRIP-seq（m6A/m1A/m7G/m5C 等RNA甲基化修飾測序）、acRIP-seq（ac4C RNA乙酰化修飾測序）、ATAC-seq、Ribo-seq（翻譯組測序） 、mRNA/miRNA/LncRNA/circRNA-seq、全轉(zhuǎn)錄組測序（兩文庫/三文庫）、外泌體miRNA/LncRNA-seq、WGS/WES、WGBS、RRBS、BSAS等服務(wù)。