多组学分析揭示头颈部鳞状细胞癌肿瘤出芽的分子机制及潜在诊疗新方向

为探究头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）肿瘤出芽（TB）的分子基础，研究人员开展多组学分析，揭示相关分子关联，助力诊疗。

　　头颈部鳞状细胞癌（Head and Neck Squamous Cell Carcinoma，HNSCC）是全球第六大常见癌症，也是癌症相关死亡的主要原因之一。肿瘤出芽（Tumor Budding，TB）作为一种形态学标记，与 HNSCC 的侵袭性肿瘤生物学和不良临床结局密切相关，它表现为少量肿瘤细胞从肿瘤主体脱离并浸润到周围间质中。然而，目前对于 HNSCC 中 TB 的分子基础尚未进行全面深入的研究。

为了填补这一空白，来自德国海德堡大学医院、慕尼黑工业大学等机构的研究人员开展了一项全面的多组学研究。该研究成果发表在《npj Precision Oncology》上，为深入理解 HNSCC 的发病机制和开发新的治疗策略提供了重要依据。

研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。他们整合分析了癌症基因组图谱（TCGA）和临床蛋白质组肿瘤分析联盟（CPTAC）的突变、RNA 和反相蛋白阵列（RPPA）数据，同时在慕尼黑工业大学的两个独立内部队列中进行了蛋白质组学和免疫组化（IHC）分析。此外，还对相关数据进行了一系列统计分析和功能富集分析，以挖掘潜在的分子机制和生物标志物。

研究结果如下：

1. 基因突变分析：研究发现，在 HPV 阴性的 HNSCC 中，NSD1 基因突变与较低的 TB 水平相关。在分析 TCGA 队列中至少 10% 肿瘤发生突变的基因时，检测到 NSD1 突变与 TB 存在显著关联，且大部分 NSD1 突变是截断突变，可能导致蛋白质功能丧失。进一步分析临床病理特征发现，NSD1 突变与患者吸烟史、无淋巴结转移以及肿瘤位于喉部相关。同时，双变量逻辑回归表明 NSD1 突变和 TB 是淋巴结转移的独立预测因子。
2. 分子亚型分析：研究人员分析了 TB 与先前验证的 HNSCC 基因表达亚型之间的关系，发现在 HPV 阴性亚组中存在显著关联，而在 HPV 阳性亚组中未发现。其中，非典型（at）HPV 阴性病例的肿瘤出芽评分最低，显著低于间质（mes）和基底（b）HPV 阴性病例。
3. miRNA 分析：对 TCGA-HNSC miRNA 数据的分析显示，在 HPV 阴性的 HNSCC 中，66 种 miRNA 在出芽和非出芽肿瘤之间存在差异表达，包括 miRNA-200 家族的 5 个成员，它们在出芽肿瘤中均显著下调。而在 HPV 阳性的 HNSCC 中，未发现差异表达的 miRNA，可能是由于样本量较小导致统计效力不足。
4. 转录组分析：在 TCGA-HNSC 基因表达数据中，研究人员进行了差异基因表达分析和相关性分析。在 HPV 阴性亚组中，鉴定出 3052 个差异表达基因（Differentially Expressed Genes，DEGs）和 123 个显著相关基因（Significantly Correlating Genes，SCGs）；在 HPV 阳性亚组中，鉴定出 360 个 DEGs。功能分析表明，上调的 DEGs 和 SCGs 在所有亚组中均显著富集于上皮 - 间质转化（Epithelial-Mesenchymal Transition，EMT）和肌生成相关基因集。此外，通过对 36 个 EMT 相关转录因子的深入分析，发现 TWIST1、SNAI2 等在 HPV 阴性 HNSCC 肿瘤中过表达，而 SNAI3 表达下调；FOSL1 和 FOXC1 在 HPV 阳性 HNSCC 肿瘤中过表达。
5. 免疫组化分析：对 TCGA-HNSC HPV 阴性队列的 RPPA 差异蛋白质表达分析显示，Caveolin-1（CAV1）蛋白在出芽病例中上调，在 HPV 阳性病例中也呈现出类似趋势，但差异未达到统计学意义。通过对 20 例 HPV 阴性和 20 例 HPV 阳性肿瘤进行 CAV1 和 MMP14 免疫组化染色，发现 CAV1 和 MMP14 的表达从非出芽肿瘤的瘤体到出芽肿瘤的瘤体再到肿瘤芽逐渐增加。
6. 蛋白质组分析：在 104 例 HPV 阴性 HNSCC 病例中进行基于液相色谱 - 质谱（LC-MS）的蛋白质组学分析，鉴定并定量了 7771 种蛋白质，发现 88 种差异表达蛋白质（Differentially Expressed Proteins，DEPs）。这些 DEPs 与 TCGA-HNSC 分析中检测到的 DEGs 存在显著重叠，并且 DEPs 也富集于 EMT、凝血和肌生成相关基因集。
7. 网络分析：通过生成相关性网络，研究人员发现 AREG 和 TGFBI 等基因在网络中具有重要作用，可能是潜在的治疗诊断标志物。同时，分析还表明 TB 与免疫微环境在很大程度上是独立的，并且在 EGFR 信号通路相关基因中，AREG 在 HPV 阴性 HNSCC 中，GPRC5A 在 HPV 阳性 HNSCC 中是唯一与 TB 相关的基因。
8. 生存分析：多组学分析确定了 TB 的多种分子相关因素，但发现所鉴定的分子标志物和特征与 TB 的相关性并不完美。在 HPV 阴性和 HPV 阳性 HNSCC 中，低 TB 水平均是阳性预后标志物；在 HPV 阴性 HNSCC 中，NSD1 突变和 H₃K³⁶甲基化受损也是阳性预后标志物，但 miRNA-200 和 EMT 相关 mRNA 聚类与预后无显著关联；在 HPV 阳性 HNSCC 中，未发现可替代 TB 的预后分子标志物。

研究结论和讨论部分指出，该研究全面揭示了 HNSCC 中 TB 的分子基础，发现 NSD1 突变是 HPV 阴性肿瘤中唯一与 TB 相关的肿瘤遗传因素，而大量不同的 miRNA、mRNA 和蛋白质表达模式与 TB 状态相关，表明 TB 的分子基础更多地与转录组和蛋白质组特征有关，而非特定的基因突变。此外，网络分析确定了 AREG 和 TGFBI 等潜在的治疗诊断标志物，为未来 HNSCC 的治疗干预提供了新的潜在方向。然而，研究也存在一定的局限性，如未解决肿瘤内异质性问题等。未来需要进一步研究来全面了解 TB 的分子机制，为 HNSCC 的精准治疗提供更有力的支持。