《MedComm》：Applying Proteogenomics to Characterize Molecular Features Associated With a High-Risk HOXB13 Gene Variant in Prostate Cancer Tumors
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罕见HOXB13 G84E变异是少数已确立的高风险前列腺癌（PrCa）变异之一，但其驱动肿瘤发生的潜在分子机制仍未知。研究人员使用Human AmpliSeq Transcriptome Gene Expression Panel检测了6例杂合G84E变异携带
罕见HOXB13 G84E变异是少数已确立的高风险前列腺癌（PrCa）变异之一，但其驱动肿瘤发生的潜在分子机制仍未知。研究人员使用Human AmpliSeq Transcriptome Gene Expression Panel检测了6例杂合G84E变异携带者和18例非携带者（野生型）的前列腺肿瘤，并通过质谱（SWATH）生成蛋白质组。与野生型肿瘤相比，研究人员在G84E阳性肿瘤中鉴定出799个基因表达谱和75个蛋白质表达谱。聚类分析揭示了一个排名最高的23蛋白谱，其定位于脂肪生成（lipogenesis）通路。转录组和蛋白质组数据整合显示三个基因（NCLN、NFIB和VASN）存在重叠的差异表达，其中两个基因与脂质代谢通路有已确立的联系。对来自The Cancer Genome Atlas（TCGA）的493例原发性PrCa肿瘤公开转录组数据检查发现，52例肿瘤具有这三个基因的相似差异表达谱。本研究采用创新的蛋白质基因组学（proteogenomic）方法定位前列腺肿瘤中HOXB13扰动所特有的分子变化，揭示类固醇代谢、脂质生物合成和脂肪酸代谢通路中基因的上调。
前列腺癌（PrCa）具有常见癌症中较高的遗传度，罕见基因变异显著贡献于发病风险；除DNA损伤修复基因（BRCA1、BRCA2、ATM）中的罕见变异外，HOXB13 G84E（rs138213197；chr17:48,728,343 C>T）仍是观察频率较高且与PrCa风险关联较强的罕见变异。该变异最初在家族性PrCa队列中鉴定，与PrCa风险增加3—16倍相关，并在一项塔斯马尼亚资源中报道OR = 6.59、p = 4.2 × 10
?5；其与早发性家族性疾病相关，但与Gleason评分等临床病理特征尚无确立关联。HOXB13是正常前列腺发育的重要转录因子，也是唯一维持表达至成年的同源盒基因，并可能依细胞环境发挥癌基因或抑癌基因作用；其参与雄激素受体（AR）活性调控，而G84E位于HOXB13的MEIS结合域内，该域可与组蛋白脱乙酰酶3（HDAC3）相互作用。Lu et al.在体外模型中显示HDAC3是HOXB13的关键辅因子，二者共同重编程表观基因组并抑制脂肪生成（lipogenesis）通路；但细胞培养研究提示G84E并不影响HOXB13与MEIS1的相互作用，因此该变异的确切作用仍不明确，G84E阳性或HOXB13失调的前列腺肿瘤是否构成PrCa的独特分子亚型亦待确定。已有证据表明其他胚系遗传变异可驱动特定肿瘤转录组和蛋白质组特征，整合多组学可分层患者、揭示分子驱动因素并辅助治疗选择；研究人员据此假设蛋白质基因组学（proteogenomic）方法可识别与G84E变异相关的关键特征和通路。该研究发表于《MedComm》。
关键技术方法：样本来自Tasmanian Familial Prostate Cancer Cohort和基于人群的Tasmanian Prostate Cancer Case–Control Study，共24例患者的26份福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）前列腺肿瘤样本，其中6例为杂合HOXB13 G84E携带者（均来自家族性队列），18例为非携带者。转录组采用Human AmpliSeq Transcriptome Gene Expression Panel和Ion Torrent Proton测序；蛋白质组采用数据非依赖采集质谱（DIA-MS，SWATH）结合DIA-NN、谱图库和maxLFQ定量；差异表达采用limma，功能富集采用基因本体（GO）和PANTHER，蛋白互作采用STRING；另分析The Cancer Genome Atlas（TCGA）493例根治性前列腺切除标本公开转录组数据。
研究结果如下。2.1 HOXB13 G84E变异阳性与野生型前列腺肿瘤的基因表达分析：对12例前列腺肿瘤（5例杂合G84E阳性和7例野生型）进行转录组检测，17,128个通过质控的基因转录本中约13,000个在超过90%样本中表达；HOXB13表达在G84E变异型与野生型肿瘤间无差异（p = 0.09）。分析发现799个差异表达基因（DEGs），其中G84E阳性肿瘤较野生型有159个上调、640个下调。GO分析识别出5条通路，包括细胞内运输（GO:0046907）、蛋白质定位至细胞器（GO:0033365）、蛋白质运输（GO:0015031）、细胞生物合成过程（GO:0044249）和蛋白质代谢过程（GO:0019538）；聚类分析显示最大基因簇（297个基因）涉及核酸代谢与运输、RNA和mRNA代谢、翻译及RNA剪接，第二簇包含229个基因，其中30个定位于细胞脂质代谢过程。2.2 HOXB13 G84E变异阳性与野生型前列腺肿瘤的蛋白质组分析：DIA-MS定量14,908个肽段、对应3,180个蛋白质，最终在23例前列腺肿瘤样本（6例杂合G84E阳性和17例野生型）中定量2,429个蛋白质；均匀流形近似与投影（UMAP）显示样本按组织切片中癌症百分比聚类，而非按G84E携带状态、Gleason评分或诊断年龄聚类。HOXB13蛋白表达在G84E阳性肿瘤（n = 5）中平均略高于野生型（n = 16），但无统计学意义（p = 0.23）。差异蛋白表达分析得到232个与G84E携带状态相关的蛋白质谱（103个下调、129个上调）；将癌症百分比作为协变量后得到132个蛋白质谱（68个下调、64个上调），两次分析重叠75个蛋白质（30个下调、45个上调）。GO分析显示7个主要生物学过程，包括嘌呤代谢通路（GO:0006144；GO:0034032；GO:0006163）、脂质生物合成通路（GO:0009062）、线粒体翻译延伸（GO:0070125）、核糖核苷二磷酸代谢过程（GO:0033875）和酰胺代谢过程（GO:0043603）；聚类分析显示最大簇由23个蛋白质组成，定位于脂肪生成相关细胞通路，包括细胞脂质分解代谢、脂肪酸β-氧化与分解代谢及短链脂肪酸代谢过程，且这些过程在G84E携带者肿瘤中上调；第二簇定位于桥粒。2.3 转录组与蛋白质组数据比较识别3个按HOXB13 G84E携带状态差异表达的基因：整合799个DEGs与75个差异表达蛋白质（DEPs）发现NCLN、NFIB和VASN三个重叠基因；除NCLN在基因水平下调而蛋白水平上调外，其余均在基因和蛋白水平下调；三者构成“G84E-like”表达特征。对TCGA中493例原发PrCa肿瘤公开数据检查发现，52例（约10%）具有NCLN、NFIB和VASN同时下调的相似表达谱；这些“G84E-like”肿瘤诊断年龄略年轻（平均60岁对61岁，p = 0.17），且倾向较低级别疾病（67% Gleason评分≤7，其余数据集为58%），但差异无统计学意义。
讨论部分总结：该研究首次报道杂合HOXB13 G84E阳性前列腺肿瘤的转录组和蛋白质组，并且据研究人员所知首次从家族性前列腺肿瘤生成蛋白质组数据；G84E变异在肿瘤基因和蛋白水平均未伴随可检测的HOXB13表达差异，与此前发现一致，且既往显示变异等位基因在G84E阳性肿瘤mRNA水平很少可检测，若存在也低于野生型等位基因。研究通过新方法绘制G84E肿瘤转录组和蛋白质组，鉴定799个基因和75个蛋白质谱，转录组与蛋白质组通路分析分别突出202条和57条通路，重叠通路包括代谢与细胞过程、酰胺生物合成与代谢过程及多条脂肪生成通路；这与Lu et al.的体外研究一致，即HOXB13敲低导致脂生成通路上调、脂质积累，野生型HOXB13过表达可挽救而G84E过表达不能挽救并持续表达脂生成基因和脂质积累；本研究首次提供患者样本证据表明G84E阳性肿瘤中类固醇代谢、脂质生物合成和脂肪酸代谢通路基因上调。整合分析所得NCLN、NFIB和VASN特征中，NFIB作用具环境依赖性，NFIB敲除与肝细胞脂质代谢扰动相关，小鼠PrCa模型中NFIB缺失导致前列腺增生，而较高NFIB表达可在体外驱动AR表达并与转移性去势抵抗性PrCa相关；VASN参与肝细胞自噬及糖原/脂质代谢调控，其可溶性剪切形式在内皮细胞与TGF-β相互作用并影响炎症和脂肪细胞脂生成，Cui et al.发现VASN上调通过YAP/TAZ轴促进上皮-间质转化（EMT），且高VASN可能具诊断价值，本研究中G84E阳性肿瘤VASN较低且倾向较低级别疾病，支持Cui et al.的结果；NCLN编码Nicalin蛋白，与NOMO共同调控γ-分泌酶复合体，该复合体与脂筏相关并受脂质代谢通路调控。靶向脂肪生成治疗PrCa受到关注，胆固醇（他汀类）和二甲双胍临床试验结果不一，但脂质代谢失调相关PrCa男性中可能有疗效，脂肪酸合酶（FASN）抑制剂等作为辅助治疗显示前景。研究局限包括G84E变异罕见（欧洲人频率0.8%；gnomAD）且无常规筛查，仅6例G84E阳性肿瘤可用，小样本可检测大效应但可能漏检细微生物学差异，需在其他G84E阳性肿瘤队列中验证并评估确定偏倚和普适性；转录组与蛋白质组重叠基因/蛋白少是已知现象，RNA表达常不能良好预测蛋白表达，mRNA丰度仅解释约10%蛋白丰度，可能解释NCLN mRNA与蛋白水平不一致及DEGs（799个）与DEPs（232个）数量差异；研究使用FFPE病理块且RNA与蛋白分析切片不一定相邻，肿瘤异质性使组成不完全相同，前列腺癌为多灶性疾病并存在瘤内异质性，蛋白质组数据受技术限制不代表完整蛋白质组。FFPE可用于常规病理场景的真实世界样本，虽存在蛋白与甲醛交联等技术挑战，但所用方法可管理该限制；FFPE提取RNA常降解，但已有方法可生成高质量转录组数据。研究结论部分翻译：本研究报道了首例来自杂合HOXB13 G84E阳性前列腺肿瘤的转录组和蛋白质组，并且据研究人员所知，这也是首次从家族性前列腺肿瘤生成蛋白质组数据。研究人员的799个基因表达谱和75个蛋白质表达谱突出了关键共享通路，包括代谢和细胞过程、酰胺生物合成和代谢过程，以及重要的是多个脂肪生成通路。研究人员还从患者样本提供证据表明，G84E阳性肿瘤表现出扰动的脂质生成蛋白质组谱，类似于Lu et al.在体外研究中鉴定的谱，并进一步揭示当前脂质代谢组与PrCa风险相关兴趣背后的机制。进一步研究HOXB13失调的分子机制将为PrCa诊断以及为HOXB13功能异常患者开发新型治疗干预提供重要见解。更广泛地处理PrCa中扰动的脂肪生成也应成为未来工作的重点。前列腺肿瘤的生物标志物谱分析可能产生新的诊断工具，并有助于为脂肪生成谱改变的患者选择治疗。
