点评 | 吴家睿 (中国科学院分子细胞科学卓越创新中心)
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KRAS是人类恶性肿瘤中突变率最高的致癌基因之一，约占所有肿瘤的15%~20%，是肺癌、结直肠癌、胰腺癌等高死亡率肿瘤的重要癌驱动基因，KRAS突变肿瘤的治疗一直肿瘤研究备受关注的焦点领域。虽然不同肿瘤细胞均含有KRAS突变，但下游的磷酸化信号通路及各个通路之间相互代偿和反馈性调节却显示出极大的差异，加之KRAS蛋白自身的难靶向性，使得目前针对KRAS突变肿瘤的精准治疗仍面临着巨大挑战。
2021年8月9日，来自中国科学院上海药物研究所的谭敏佳和黄敏团队合作在Mol Cell杂志在线发表了题为 A proteomic and phosphoproteomic landscape of KRAS mutant cancers identifies combination therapies 的研究论文。研究开展了大规模肿瘤细胞样本的蛋白质组学检测，全景描绘了KRAS突变肿瘤的蛋白质组和磷酸化信号通路，实现了基于多组学的KRAS突变肿瘤的分子分型，并在此基础上揭示了KRAS突变肿瘤的精准治疗新策略。
该研究对不同组织来源的43株KRAS突变肿瘤细胞进行了系统的蛋白质组学和磷酸化修饰组学解析，通过整合公共数据库的转录组学数据，将KRAS突变细胞株划分为三个具有不同生物学特征的亚型，鉴定得到了mRNA、蛋白和磷酸化水平的分子分型标志物，并将其成功运用于大规模临床肿瘤样本的分析。据此，将KRAS突变肿瘤病人分为预后显著差异的三个亚型，证实了本研究发现的分子分型具有显著的临床意义。
在精准分型的基础上，研究进一步利用国际通用的肿瘤细胞株公共数据完善的优势，通过分析药敏数据库（GDSC）和肿瘤细胞株基因依赖性数据库（DepMap），深入探索了KRAS突变肿瘤的潜在治疗靶标、治疗药物及药效生物标志物。特别值得一提的是，该工作基于信号通路代偿易导致治疗失败的认识，通过蛋白磷酸化组学和药敏数据的相关性整合分析，首次提出了基于“磷酸化信号通路互补策略”的联合用药预测方法，据此发现了一系列潜在的具有协同抗肿瘤作用的药物联用组合，并得到了实验证实。
进一步地，作者选取了在当前抗肿瘤新药研发领域备受关注的两个靶标组合，即组蛋白甲基转移酶DOT1L和磷酸酶SHP2，在大量细胞样本和病人来源的移植瘤模型上，证实了DOT1L抑制剂联合SHP2抑制剂能协同治疗KRAS突变肿瘤，特别是对恶性程度最高的肿瘤亚型效果显著。
最后，作者探索了二者协同抗肿瘤的机制，发现DOT1L抑制可以引起组蛋白H3K27甲基化向乙酰化修饰的转变，从而促进了Rac鸟嘌呤核苷酸交换因子PREX1的转录，进而反馈性上调了MAPK/AKT通路，使得原本对SHP2抑制剂不敏感的KRAS突变肿瘤对该类抑制剂的敏感性增强，实现了协同抗肿瘤。这一发现也进一步深化了针对KRAS突变肿瘤的“one-two punch”治疗策略的认识，提示表观遗传抑制剂的转录重塑作用可能是实现这一策略的理想药物。
总之，该研究突破了现有研究主要依赖于基因组的研究局限，揭示了KRAS突变肿瘤在蛋白质组和磷酸化组层面的分子特征，发现了亚型特异性的精准治疗新策略，为深入理解KRAS突变肿瘤的异质性、实现精准治疗提出了创新性思路。
该工作的第一作者为上海药物研究所博士研究生刘志伟和刘璎珞，谭敏佳研究员和黄敏研究员为本论文共同通讯作者。研究得到了军事科学院国家蛋白质科学中心贺福初院士和上海交通大学李婧教授的指导和帮助。
基于多组学的KRAS突变肿瘤分子分型和精准治疗新策略
专家点评
吴家睿 (中国科学院分子细胞科学卓越创新中心)
中国科学院上海药物研究所谭敏佳研究员课题组和黄敏研究员课题组及其合作者在Molecular Cell在线发表题为“A proteomic and phosphoproteomic landscape of KRAS mutant cancers identifies combination therapies”的研究论文，对癌基因KRAS突变肿瘤进行了分子分型，并提出了相应的治疗用药思路。
KRAS是人类恶性肿瘤中突变率最高的肿瘤驱动基因之一，在胰腺癌、非小细胞肺癌、结直肠癌中最为常见，在胰腺癌中可高达90%。此外，KRAS基因的突变类型也很多，导致了KRAS突变肿瘤的高度异质性。自1982年KRAS基因被发现以来的近40年里，针对KRAS突变肿瘤的治疗方法之探索从未停止，但一直未能取得显著进展。直到2021年，针对KRAS-G12C突变类型的靶向抑制剂获批上市，代表了该领域的首个临床治疗突破。然而，G12C突变类型仅占KRAS突变的5%左右，且这类药物仅对含G12C突变的非小细胞肺癌疗效明显，对于大多数KRAS突变的肿瘤如何治疗，仍缺乏明晰的治疗策略【1】。
含有KRAS突变的肿瘤细胞通常会导致下游相应的磷酸化信号通路异常激活。但由于KRAS突变肿瘤的高度异质性，下游的磷酸化信号通路及其通路之间相互代偿和反馈性调节显示出极大的差异。近年来飞速发展的生命组学技术，极大地推动了KRAS突变肿瘤的异质性研究。然而，以往的研究主要聚焦于基因组层面，且大多针对的是单一组织来源的肿瘤样本【2】，离揭示出完整的KRAS突变肿瘤异质性的需求还有很大距离。基于上述认识，该研究选取了不同组织来源的43个KRAS突变肿瘤细胞系，进行了系统的蛋白质组学和磷酸化修饰组学解析。通过对转录组、蛋白质组和磷酸化组数据的系统生物学整合分析，将KRAS突变肿瘤分为三个分子亚型。进一步在大规模临床肿瘤样本上验证结果表明，三个分子亚型与肿瘤患者临床预后具有显著相关性。有意思的是，预后最差的S2亚型肿瘤，肿瘤中驱动基因的突变频率最低，但却伴随着大量癌基因通路的显著激活，这一发现彰显了蛋白质和磷酸化组学数据对于理解肿瘤临床特征中的重要性。
肿瘤分子分型的研究使得KRAS突变肿瘤的个性化治疗成为可能。本研究的作者进一步针对KRAS突变肿瘤下游信号通路易代偿而导致治疗失败的棘手问题，提出了基于“磷酸化信号通路互补”的联合用药策略。该策略通过分析KRAS突变肿瘤细胞的蛋白磷酸化组学特征和已有公共数据库中药物药敏信息，发现并验证了一系列具有协同抗肿瘤作用的药物联用组合。研究者进一步利用大量体外细胞实验和细胞和病人移植瘤模型，验证了联合组蛋白甲基转移酶DOT1L抑制剂和磷酸酶SHP2抑制剂能治疗S2型KRAS突变的肿瘤。值得注意的是，虽然以往的研究已经报道了多种针对KRAS突变肿瘤的联合用药组合，但是大多忽略了KRAS突变肿瘤敏感群体遴选的问题【3】。本研究的发现提示，不同的联用组合其敏感群体具有显著的差异，这一发现进一步提示了分子分型指导的个性化治疗对KRAS突变肿瘤治疗的重要性。
该研究彰显了系统生物学的研究思路，揭示了肿瘤分子分型在精准治疗策略制定中的指导价值。当然，本研究的分析材料主要采用KRAS突变肿瘤研究中广泛使用的肿瘤细胞株，还有待于未来在临床样本中进一步深入地研究。
