《Heliyon》：Multi-omics profiling of esophagus basaloid squamous cell carcinoma reveals potential signatures for diagnosis and therapeutics
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食管基底样鳞状细胞癌（EBSCC）是食管鳞状细胞癌（ESCC）的一种罕见且低分化的变异型，以独特的形态学特征为特点。然而，针对EBSCC诊断和治疗的系统性评价仍缺乏。为弥补这一空白，研究人员对12例EBSCC患者的肿瘤组织及配对癌旁组织中的蛋白质组（prote
食管基底样鳞状细胞癌（EBSCC）是食管鳞状细胞癌（ESCC）的一种罕见且低分化的变异型，以独特的形态学特征为特点。然而，针对EBSCC诊断和治疗的系统性评价仍缺乏。为弥补这一空白，研究人员对12例EBSCC患者的肿瘤组织及配对癌旁组织中的蛋白质组（proteome）、靶向代谢组（targeted metabolome）和脂质组（lipidome）进行了综合分析。通过对多组学（multi-omics）数据的整合分析，研究人员发现，与癌旁组织相比，EBSCC中甘油磷脂代谢（Glycerophospholipid metabolism）和谷氨酰胺相关通路（glutamine-related pathways）发生显著改变。多组学分析所鉴定的谷氨酰胺代谢（glutamine metabolism）失调提示其在EBSCC发生和进展中的关键作用，为这种罕见癌提供了具有代表性的特征以及潜在药物靶点线索。本研究有助于更好地理解EBSCC相关的分子特征和代谢改变，可能为改善这种侵袭性食管癌患者的诊断和治疗策略提供启示。
该研究围绕食管基底样鳞状细胞癌（EBSCC，esophagus basaloid squamous cell carcinoma）的分子特征与代谢重编程展开。研究背景显示，食管癌是全球第六大癌症相关死亡原因，5年生存率仅15—20%；主要亚型为食管鳞状细胞癌（ESCC，esophageal squamous cell carcinoma）和食管腺癌（EAC，esophageal adenocarcinoma）。EBSCC是ESCC的罕见低分化亚型，兼具基底样和鳞状特征，可能起源于食管上皮全能基底细胞；其仅占全部食管恶性肿瘤的0.068—11.0%，以男性为主。由于发病率低，EBSCC缺乏标准化管理指南；其与常规ESCC在免疫组化上存在重叠，准确鉴别诊断困难；区分EBSCC与常规ESCC的亚型特异分子谱及代谢-脂质重编程仍不明确，限制了基础机制认识。因此，研究人员对12例病理确诊EBSCC患者的肿瘤及配对癌旁组织进行蛋白质组、靶向代谢组和脂质组的综合分析，并与同实验室46例ESCC蛋白质组数据按相同流程比较，旨在识别EBSCC特异分子特征、代谢改变和潜在治疗靶点。研究得出，EBSCC存在甘油磷脂代谢和谷氨酰胺相关通路显著改变，谷氨酰胺代谢失调可能在EBSCC发生和进展中起关键作用；研究提供了EBSCC代表性特征和潜在药物靶点线索，有助于理解其分子特征和代谢改变，并可能为诊断与治疗策略提供依据。
关键方法概述：样本来自安阳肿瘤医院2010—2020年病理确诊、未治疗并手术切除的EBSCC患者，最终选取12例（3女9男，平均65.5岁，57—76岁）肿瘤及配对癌旁组织；另纳入同实验室46例ESCC蛋白质组数据按相同流程比较。技术包括靶向代谢组（HM Meta Assay，覆盖300种代谢物）、非靶向脂质组（UPLC-Q Exactive，LipidSearch 4.1 SP2）和数据非依赖采集（DIA，data-independent acquisition）蛋白质组（nanoUPLC-Q Exactive HF，Spectronaut Pulsar X），并进行多组学整合、通路富集和统计分析。
3.1 回顾性研究队列（Cohort for the retrospective study）：2010—2020年数据库复核9000例ESCC或基底样鳞状细胞癌病例，EBSCC 155例（1.7%）；筛选后12例（7.8%）用于多组学定量，包括3女9男，平均65.5岁（57—76岁）。免疫组化反应性为P63 75%、P40 75%、P53 100%、CK5/6 83.3%、CK7 50%、CK20 8.3%、EMA 50%、Ki-67（%）100%、E-cadherin 75%、β-catenin 66.7%，S-100和CD56均阴性；研究人员纳入同实验室46例ESCC肿瘤样本的蛋白质组数据进行同流程比较。
3.2 蛋白质组特征（Proteomic signatures of EBSCC compared with paired adjacent tissues）：在错误发现率（FDR，false discovery rate）<1%下共可靠定量9020个蛋白，主成分分析（PCA，principal component analysis）显示EBSCC与癌旁组织明显分开；基因集富集分析（GSEA，gene set enrichment analysis）显示胆汁酸代谢、雌激素代谢、脂肪酸代谢和异源物代谢下调，DNA修复、E2F靶点、G2M检查点和MYC靶点上调。与ESCC比较，EBSCC中表皮生长因子受体（EGFR，epidermal growth factor receptor）较高、人表皮生长因子受体2（HER2/ERBB2，human epidermal growth factor receptor 2）较低；ESCC中EGFR在癌与癌旁无显著差异，ERBB2在ESCC中高于EBSCC但仍低于癌旁。食管组织特异蛋白DSC3、SERPINB5、ERO1A、GLTP、IL18、LAD1等在ESCC中更高；283个基底样细胞特异蛋白中79个在EBSCC中量化，10个EBSCC特异蛋白在EBSCC中较癌旁和ESCC上调，包括GNG10、GRB7、LZTS1、MOXD1、MTA2、NOP2、TAF9B、TFAP2A、TFAP4和WDR36；鳞状分化标志ERO1A、GLTP、IL18、LGALS7、IL1RN、SERPINB3、FABP5、S100A9和SERPINB1降低。
3.3 代谢物定量（Metabolite quantification of EBSCC tissues reveals the aberrations of amino acid metabolism and fatty acid oxidation）：靶向定量157种代谢物，包括46种氨基酸、15种苯环类、18种碳水化合物、27种脂肪酸、3种核苷、22种有机酸、17种肉碱、3种吲哚、2种吡啶、2种苯丙酸和2种拟肽。偏最小二乘判别分析（PLS-DA，partial least squares discriminant analysis）显示EBSCC与癌旁分离并经置换分析验证；按Wilcoxon符号秩检验p<0.05且倍数变化>1.5或<0.67，26种代谢物上调、19种下调；通路富集显示D-Glutamine and D-glutamate metabolism、alanine, aspartate and glutamate metabolism、phenylalanine, tyrosine and tryptophan biosynthesis、glycine, serine and threonine metabolism以及ubiquinone and other terpenoid-quinone biosynthesis显著富集。上调代谢物主要为氨基酸，下调代谢物包括肉碱和有机酸。
3.4 脂质谱分析（Lipid profiling and quantification for EBSCC）：共注释并定量1048种脂质，包括866种甘油磷脂、107种鞘脂、68种甘油脂、3种脂肪酰、3种甾醇脂和1种异戊烯醇脂；PLS-DA显示EBSCC与癌旁分离并经置换分析验证。按同一差异标准，132种脂质上调、99种下调；上调脂质主要属于Glycerophosphocholines（GP01）、Glycerophosphoglycerols（GP04）和Glycerophosphoinositols（GP06），下调脂质主要属于Glycerophosphoserines（GP03）。
3.5 潜在机制与药物靶点（Potential mechanism of EBSCC and drug targets for therapeutics）：整合差异蛋白、代谢物和脂质的京都基因与基因组百科全书（KEGG，Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes）通路富集，共富集通路显示甘油磷脂代谢和谷氨酰胺相关通路显著改变；谷氨酰胺相关通路包括Ascorbate and aldarate metabolism、Histidine metabolism、Glutathione metabolism、D-Glutamine and D-glutamate metabolism、Alanine, aspartate, and glutamate metabolism和Arginine and proline metabolism。EBSCC中谷氨酰胺较低，GLUL下调（催化谷氨酸转化为谷氨酰胺）；PPAT、GFPT2和CAD上调，分别参与谷氨酰胺向5-Phosphoribosylamine、D-Glucosamine 6-phosphate和Carbamoyl phosphate转化；谷氨酸较高，PYCR2上调（催化谷氨酸转化为脯氨酸），脯氨酸增加。研究提示谷氨酰胺代谢失调可能构成EBSCC进展相关的亚型特异分子特征。
讨论部分强调，识别能区分EBSCC与ESCC的特异标志物对改善临床诊断和优化治疗策略至关重要；蛋白质组比较提供了9000余种蛋白定量数据，并发现EBSCC中高积累的未报道分子。EBSCC的EGFR较高、HER2/ERBB2较低，提示EBSCC患者可能从EGFR靶向治疗中获益；DSC3、SERPINB5、IL18、LAD1等食管组织特异蛋白在EBSCC中低于ESCC，可能构成ESCC富集标志。代谢组和脂质组揭示谷氨酰胺-谷氨酸代谢及甘油磷脂类显著扰动；GLUL下调、PPAT/GFPT2/CAD上调、谷氨酸升高及PYCR2上调导致脯氨酸升高，构成EBSCC的代谢级联。局限性包括：GLU1和GLU2等关键酶未量化；未进行体外或体内功能验证；样本量小，9000例中仅155例（1.7%）为EBSCC；多数组织为福尔马林固定石蜡包埋（FFPE，formalin-fixed paraffin-embedded）而非新鲜冷冻，可能影响代谢组和脂质组定量准确性。未来需更大队列和功能实验验证。研究结论翻译：总之，本研究首次开展整合蛋白质组学、代谢组学和脂质组学的EBSCC综合多组学探究。除鉴定能够区分EBSCC与传统ESCC的蛋白质特征外，研究人员进一步探索了EBSCC进展背后的脂质和代谢调控机制。该整合分析为EBSCC的分子特征和代谢重编程提供了新见解，从而推进了对这种高侵袭性食管癌亚型的理解。
