欧米合作|Neuro-Oncology:蛋白组学揭示胶质母细胞瘤中FBXO2的促肿瘤作用

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2022年7月8日,苏黎世大学医院神经科 Tobias Weiss 博士团队及合作者在 Neuro-Oncology(IF:16.4)上发表了蛋白组学文章 Quantitative proteomic landscapes of primary and recurrent glioblastoma reveal a protumorigeneic role for FBXO2-dependent glioma-microenvironment interactions

文章揭示了FBXO2依赖的胶质瘤-微环境相互作用在促进肿瘤生长中的潜在作用。

西湖欧米负责该研究的质谱检测和部分数据分析工作。

 

- 提纲挈领 -

研究通过PCT-SWATH技术,分析了两组独立患者队列中新诊断和复发胶质母细胞瘤的定量蛋白质组,发现尽管总体蛋白质组相似,但复发时的异质性增加。通过免疫组织化学和RNA测序验证,BCAS1、FBXO2和INF2在复发时显著上调。FBXO2敲除在小鼠模型中延长了生存期,并减少了肿瘤的侵袭性生长,表明FBXO2在肿瘤-微环境相互作用中的重要作用。这些发现为胶质母细胞瘤治疗提供了新的潜在靶点。

 

胶质母细胞瘤(GBM)是成人中最常见且最具侵袭性的脑肿瘤。尽管经过多模式初次治疗(手术、放疗和化疗),复发几乎是不可避免的,且复发后的治疗选择有限。

虽然基因组和转录组研究已经对GBM从初次诊断到治疗后复发的演变进行了广泛的描述,但这些研究未能显著改善治疗方案。同时,蛋白质组在GBM进展中的角色仍未被充分理解。

- 研究设计与数据概览 -

研究人员通过PCT-SWATH技术对两组独立患者队列(初诊和复发的匹配胶质母细胞瘤样本)进行了定量蛋白质组学分析。

队列1包括26对不同肿瘤区域的组织样本,队列2包括16对肿瘤含量超过75%的完整组织切片样本。所有肿瘤样本均为IDH野生型,患者均接受了标准的放化疗治疗。

研究共检测到8607种protein groups,其中3001种在至少40%的样本中被量化,并在两个队列中共享。


结果1:
初诊和复发胶质母细胞瘤的蛋白质组景观整体相似

在全局蛋白质组水平上,两组队列的初诊肿瘤和复发肿瘤在主成分分析中未能明显区分。初诊和复发样本的平均蛋白质水平高度相关,表明两者之间的整体定量蛋白质组高度相似。

非监督分层聚类分析显示,基于全球蛋白质组,其他临床相关亚组(如MGMT启动子甲基化状态、无进展生存期或总生存期)没有明显聚类。

然而,复发肿瘤患者之间的蛋白质水平相关性显著低于初诊肿瘤,表明复发时疾病的整体异质性更高。比较基因集富集分析显示,两组队列中有15条显著富集的Reactome通路,这些通路中的蛋白在复发时的丰度较低,且大多涉及 translation elongation 的修饰,这是癌症中常见的变化过程。

图2 初诊和复发胶质母细胞瘤的蛋白质组景观整体相似


结果2:
BCAS1、FBXO2和INF2在复发时丰度更高

通过研究纵向差异表达的蛋白质,研究人员发现了75种蛋白质在复发时丰度更高、242种在复发时丰度更低,其中5种和21种在统计上显著。

研究人员重点研究了5种上调的蛋白质:CaMK2、BCAS1、FBXO2、INF2和PRPS2,因其抑制可能对复发性胶质母细胞瘤具有治疗意义。

免疫组化染色和独立RNA测序数据确认了BCAS1、FBXO2和INF2在复发肿瘤中的增加。单变量Cox回归模型显示,FBXO2蛋白或转录水平与生存期存在相反趋势,而INF2在蛋白和转录水平上均与较差的生存率相关。长期生存的胶质母细胞瘤患者中,FBXO2和INF2的丰度显著较低。此外,不同转录亚型的胶质母细胞瘤中蛋白丰度也显著不同。

图3 两个队列中的差异蛋白质丰度

图4 两个队列中 BCAS1、FBXO2 和 INF2 的蛋白质丰度分布

 

结果3:
FBXO2敲除增加了异种原位移植小鼠模型的生存期并减少了人类脑片培养中的胶质瘤细胞生长

为研究BCAS1、FBXO2和INF2在胶质母细胞瘤中的功能,研究团队使用CRISPR/Cas9技术在人类胶质瘤细胞系LN-229和ZH-161中生成了单克隆敲除细胞株。BCAS1因缺乏特异性抗体未能确认蛋白水平的基因敲除。

虽然在体外实验中,BCAS1、FBXO2和INF2的敲除在生长和克隆形成能力上没有表现出一致的表型,但在体内实验中,FBXO2敲除细胞在原位异种移植模型中显著延长了生存期,并在脑片培养中表现出更少的侵袭性生长。

MRI和匹配的转录组数据分析显示,高FBXO2表达的肿瘤其球形度较低,表明这些肿瘤具有更弥散的肿瘤浸润。


结果4:
胶质瘤细胞中FBXO2的表达

通过分析外部单细胞RNA测序和空间转录组数据,研究人员发现FBXO2表达的胶质瘤细胞与具有反应性免疫特征和神经发育转录程序的肿瘤区域相关。

FBXO2富集的肿瘤区域与神经发育、神经前体细胞(NPC)/寡突胶质前体细胞(OPC)样和前神经元基因特征高度相关,而与间质样特征负相关。在健康脑组织中,FBXO2表达限制在新皮层的第一层(L1),这是神经前体细胞的生态位。

FBXO2表达在浸润区强烈富集并在复发时上调。FBXO2+胶质瘤细胞中,与突触活动、细胞间相互作用、跨膜运输、囊泡分泌和磷脂酶C信号通路相关的通路显著富集。meta-pathway分析和器官型脑片培养实验进一步确认了FBXO2在介导胶质瘤细胞与中枢神经系统组织相互作用中的作用。

 

总 结

总的来说,这项研究通过蛋白质组学分析揭示了胶质母细胞瘤复发过程中关键蛋白质的变化。

研究表明,FBXO2在胶质母细胞瘤复发时的表达量增加,并与肿瘤细胞的浸润性增长和较差的生存率相关。此外,FBXO2敲除在异种原位移植小鼠模型中能够提高生存率并减少人类器官型脑切片培养中的胶质瘤细胞生长。

也就是说,FBXO2可能通过调节与肿瘤微环境的相互作用,促进了肿瘤的复发和侵袭。这些发现为未来治疗策略提供了新的可能性。


文章链接:
https://academic.oup.com/neuro-oncology/article/25/2/290/6634186?login=false#google_vignette

 

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