慢性淋巴细胞白血病（CLL）具有遗传和临床异质性，CLL的遗传和表观遗传变化、克隆扩增及进化的关系非常复杂。最近，包括基因组学、表观基因组学、转录组学和大量患者的离体药物反应表型在内的综合组学分析提供了对CLL生物学的见解。尽管如此，由于缺少蛋白质表达的数据，生物学分子层面与肿瘤表型的关系仍然部分未知。
苏黎世大学附属医院肿瘤和血液科Thorsten Zenz教授、苏黎世联邦理工学院分子系统生物学研究所生物学系Ruedi Aebersold教授、欧洲分子生物学实验室Wolfgang Huber博士三大团队在血液病顶刊Blood(IF 22.1)上共同研究发表了“The Protein Landscape of Chronic Lymphocytic Leukemia (CLL)”，基于基因组、转录组和DIA蛋白组，结合临床数据和药物体外反应实验，全面展现了慢性淋巴细胞白血病的蛋白组学特征。
【研究材料】
117例CLL病人血液单核细胞
【技术方法】
基因组、转录组、DIA蛋白组
【技术路线图】
研究内容
1. 蛋白层面和转录层面表达相关性低
通过计算皮尔逊相关性系数，分析了每个基因在RNA水平和蛋白水平上的表达量的关系，结果发现转录组和蛋白组之间差别非常大，相关性系数中位数仅为0.18，表明蛋白质组丰度谱包含其他组学无法说明的独立信息。
2. 12三体和IGHV是决定蛋白表达的主要因素
为了获得CLL中蛋白质组变化的总体概况，首先进行了主成分（PCA）分析。PC1和PC2解释了蛋白质表达总方差的9.16%和7.61%，与12号染色体三体密切相关，而PC3与IGHV状态相关（图2C）。与PC1相关的蛋白质在PI3K-AKT-MTOR和MTORC1信号中富集。基于蛋白质表达的无监督聚类显示，患者样本根据是否存在12三体和IGHV突变状态进行分类（图2D）。这表明12三体和IGHV突变状态是CLL中蛋白质表达变异的主要决定因素。
接下来描述了遗传疾病驱动因素对CLL蛋白表达的影响，结果发现12三体、IGHV突变状态、SF3B1 突变、19三体、del（17）（p13）、del（11）（q22.3）、DDX3X 突变和MED12 突变与可变蛋白表达相关（图2E）。
图1 CLL中蛋白表达情况
3. 12三体 CLL和IGHV突变特征分析
在12三体的CLL样本中，鉴定到1055个差异蛋白，其中有115个蛋白由12号染色体编码（图3A）。使用癌症标志基因集进行通路富集分析显示12号染色体编码的上调表达的蛋白质在PI3K-AKT-MTOR信号通路显著富集（图3B），而其余上调蛋白富集于B细胞受体信号通路。根据差异分析和通路富集分析，找到6个关键的蛋白STAT2, PTPN11, SMAD2, PYCARD, CD72和BCL10。
IGHV突变CLL中，共找到542个差异蛋白，根据前人研究和基因特征，识别到CASP3、ZAP70、STAT2、BANK1四个关键蛋白。
图2 12三体和IGHV突变CLL蛋白表达情况
4. PI3K-AKT-MTOR途径在非缓冲蛋白中富集
对于12三体和19三体，RNA和蛋白存在基因剂量效应（图4B-C）。将蛋白和转录本分成四个部分：buffered（RNA上调，蛋白不变）、non-buffered（RNA上调，蛋白上调）、enhanced（蛋白不变，RNA上调），及undetermined（均不变或相反），并进行GSEA富集分析。non-buffered 蛋白在PI3K-AKT-MTOR信号通路富集（图4E），表明该途径可能在肿瘤发生过程中参与调节12三体细胞的适应性。12号染色体编码的蛋白质是稳定蛋白质复合物的一部分，与其他蛋白质相比，其缓冲水平更高（图4F）。这表明蛋白质复合物的形成可能有助于维持CLL细胞中蛋白质水平的化学计量平衡。
图3 蛋白质丰度缓冲及复合物分析
5. STAT2在对MEK抑制剂的反应中发挥作用
接下来，通过体外药物反应谱检测了蛋白质表达作为抗癌药物反应预测因子的作用。63种药物中有28种药物，引起的蛋白质表达和药物反应之间存在显著的关系（图5B）。对于考比替尼，最显著的相关性蛋白之一是STAT2（图5C）。STAT2表达能增加基因组学对MEK/ERK抑制剂反应的解释力（图5E）。STAT2调节多种信号通路，包括干扰素信号、JAK-STAT和Ras/MEK，研究数据表明STAT2在对MEK抑制剂的反应中发挥作用。
图4 药物响应和蛋白表达分析
6. IGHV和12三体通过STAT2共同影响干扰素信号
为了进一步了解与STAT2表达相关的因素，使用L1正则化的多元线性回归进行分析。分析发现，STAT2蛋白表达是由12三体和IGHV突变状态决定的（图6A-C）,同时与干扰素途径激活相关（图6D）。较高的STAT2蛋白水平与干扰素靶基因表达增加相关，包括OAS2和IFI44（图6E）。而OAS2和IFI44的RNA表达在12三体U-CLL患者样本中最高（图6F）。又在五种不同的CLL/B-NHL细胞系的野生型和STAT2敲除细胞中测定了干扰素靶基因表达（STAT2、OAS1、OAS2），STAT2基因敲除导致未受刺激状态下干扰素靶基因表达减少，干扰素α刺激后诱导受损。结果表明STAT2水平依赖于12三体和IGHV突变状态，并介导CLL对趋化因子和细胞因子的反应。
图5 STAT2影响因素分析
结论
本研究使用质谱对117例患者样本中的蛋白质丰度进行了量化，涵盖了疾病的遗传和临床异质性等因素。研究数据支持一个新的模型，即高STAT2水平使细胞更容易接受趋化因子和细胞因子。CLL全面的蛋白质谱图的解析以及新的发现，为后续深入研究提供了宝贵资源。
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