J Med Virol(IF=12.7) | 皮肤乳头瘤病毒诱导的鳞状细胞癌异质性景观

非黑色素瘤皮肤癌(NMSC)是世界上最常见的癌症类型,其中皮肤感染人乳头瘤病毒(HPV)加上慢性紫外线(UV)暴露是主要辅助因素。作为其中一种主要类型,皮肤鳞状细胞癌(SCCs)发生于表皮细胞的角质形成细胞。SCCs和肿瘤都是受时间和空间限制决定的三维实体,目前通过空间蛋白质组学技术可以直观地了解肿瘤发生,但是从空间水平研究去分化SCCs表型的仍很少。

2023年6月15日,德国癌症研究中心的Daniel Hasche等在Journal of Medical Virology发表了题为“Spatial tissue proteomics reveals distinct landscapes of heterogeneity in cutaneous papillomavirus-induced keratinocyte carcinomas”的文章。该研究基于自然感染皮肤乳头状瘤病毒(MnPV)的Mastomys coucha小鼠模型,利用空间蛋白质组学技术比较不同分化水平及不同感染状态的皮肤组织,发现了皮肤癌症发生及发展相关的新调节蛋白和通路,揭示了肿瘤空间异质性,为更好地理解皮肤癌变提供了基础。

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文章名称:Spatial tissue proteomics reveals distinct landscapes of heterogeneity in cutaneous papillomavirus-induced keratinocyte carcinomas

期刊:Journal of Medical Virology

发表时间:2023年6月

影响因子:12.7 

研究材料:小鼠皮肤FFPE样本

组学技术:空间蛋白质组






01

研究思路 



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02

研究结果


01

皮肤组织的空间蛋白质组学流程


本研究建立了对紫外线诱导的M. coucha小鼠分化良好SCCs和去分化SCCs、MnPV诱导的良性肿瘤、对照表皮组织4种组织的空间蛋白质组学研究流程。根据HE染色,显微解剖nKSCC FFPE样本内分化良好和去分化的肿瘤区域(图1A)。为了补充分析,本研究纳入了表型邻近的正常皮肤(感染或未感染MnPV)和MnPV诱发的良性肿瘤(图1A),其中MnPV诱发的良性肿瘤组织样本基于MnPV E1^E4蛋白阳性染色结果显微切割得到(图1B)。为了避免大量存在的不同角蛋白(特别是在MnPV诱导的肿瘤的外上皮中)的潜在污染,在蛋白裂解之前,将表皮部分与角化物质仔细分离(图1C)。每种组织获取0.15 mm3的组织样品量,进行蛋白裂解、消化纯化、肽段分离后进行超灵敏的蛋白质组学检测,本研究使用LFQ方法对质谱结果进行鉴定和定量分析(图1D)。

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图1. M. coucha小鼠皮肤癌组织的空间蛋白质组学流程

(Schäfer M, et al. J Med Virol. 2023)



02

肿瘤内和肿瘤间的强异质性


本研究对25个样品(分化良好SCCs和去分化SCCs、MnPV诱导的良性肿瘤、对照表皮组织)进行了空间蛋白质组评估,质谱结果共计发现3752个蛋白质,其中有866个蛋白质在所有样本均出现。PCA分析发现四组样本显著聚集在不同区域,分化良好的SCCs和正常表皮组织的蛋白质组保持较高的相似性,而MnPV诱导的肿瘤和去分化的SCCs蛋白组差异更显著(图2A)。相应的,韦恩图显示分化良好的SCCs和正常表皮组织的显著差异表达蛋白较低,MnPV诱导的肿瘤和去分化的SCCs的显著差异表达蛋白更多(图2B)。值得注意的,这些差异蛋白并没有发生相同变化,在各组比较中均有明显的离群值,如角蛋白等(图2C-D)。这些结果表明分化良好的鳞状细胞癌可被认为是正常表皮和去分化鳞状细胞癌之间的中间步骤。

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图2.质谱数据的全局分析

(Schäfer M, et al. J Med Virol. 2023)


03

信号通路的差异富集


本研究进行IPAs以深入解析空间蛋白质组学数据的生物学意义。通过对疾病与生物功能的IPA分析,发现细胞死亡相关通路被抑制,而细胞活力和细胞生存相关的通路被激活(图3A)。通过典信号通路分析,与正常表皮组织相比,MnPV诱导的良性肿瘤的大多数通路是被抑制的,分化良好SCCs仅氧化磷酸化和异生物代谢PXR信号通路被抑制,而几乎所有顶级经典通路在去分化的SCCs被激活,反映了肿瘤内与肿瘤间的异质性(图3B)。通过对上游调节因子分析以确定蛋白子上调或下调的效应分子,其中包括与癌症相关功能调节因子TP53,对TP53的蛋白网络分析进一步反映了分子水平上的肿瘤异质性(图3C、3D)。综上所述,这些结果揭示了参与皮肤癌变和鳞状细胞癌去分化多步骤过程的通路和调节因子,并经过了组织染色验证。

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图3.质谱数据的IPA分析

(Schäfer M, et al. J Med Virol. 2023)


04

MnPV介导的癌变过程


由于皮肤鳞状细胞癌的发展是一个多步骤的过程,其中病毒发挥了重要作用。本研究对MnPV E1^E4染色的阳性/阴性组织进行空间蛋白质组学检测,探究MnPV感染对肿瘤的影响。未感染表皮组织、感染表皮组织、MnPV诱导的良性肿瘤组织样本表现出明显的差异聚类(图4A);多组间的显著差异表达蛋白的比较表明MnPV感染直接影响蛋白质组,此外病毒蛋白在MnPV感染表皮组织和MnPV诱导的良性肿瘤样本中被检测到的频率更高,也是变化差异最显著的蛋白质之一(图4B-4E)。通过IPA分析,发现病毒感染使与细胞死亡和坏死相关的功能失活,但与细胞活力、蛋白质合成、蛋白质代谢、细胞生长和炎症相关的功能激活;通路富集发现这些组织稳态变化与EIF2信号通路的富集和GP6信号通路的降低相关;IPA进一步预测了信号通路中的上游调控因子,其中包括一些众所周知的HPV感染和癌症的关键因子,如Myc等(图4F)。

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图4.不同感染状态皮肤组织的质谱数据分析

(Schäfer M, et al. J Med Virol. 2023)


03

小结


本研究通过对M. coucha小鼠皮肤FFPE样本进行空间蛋白质组学,全面鉴定了乳头瘤病毒诱导皮肤鳞状细胞癌发生和发展相关的一系列蛋白质,揭示了引起分化良好的SCCs和去分化SCCs两种肿瘤差异性分化表型的几个分子通路相反的调节作用及干细胞特征,为HPV致癌的功能解析提供了基础(图5)。

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图5.皮肤鳞状细胞癌发展概要

(Schäfer M, et al. J Med Virol. 2023)



拜谱小结

随着空间多组学的持续热潮,空间蛋白组学领域不断涌现出新的技术研究成果。本研究建立了皮肤组织的空间蛋白质组学流程,并解析了皮肤鳞状细胞癌的异质性,这是空间蛋白组技术在皮肤领域的又一新作。作为一家多组学技术服务公司,拜谱生物专注于为客户提供完善的多组学服务,我们已建立空间多组学技术平台,可提供空间转录组、空间蛋白质、空间代谢组等多组学服务,欢迎咨询!


参考文献:Schäfer M, Schneider M, Müller T, et al. Spatial tissue proteomics reveals distinct landscapes of heterogeneity in cutaneous papillomavirus-induced keratinocyte carcinomas. J Med Virol. 2023;95(6):e28850. doi:10.1002/jmv.28850


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