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大家好，今天跟大家分享一篇题为The proteog enomic subtypes of acute myeloid leukemia（急性髓系白血病的蛋白质组亚型）急性髓系白血病(AML)是一种临床和遗传异质性疾病，其特征是未成熟白血病母细胞浸润骨髓，导致骨髓衰竭。基因组研究已经确定了 AML 的驱动事件：突变和细胞遗传学畸变。

研究背景

急性髓性白血病 （AML） 是一种侵袭性血癌，预后不良。我们报告了对 252 名接受统一治疗的 AML 患者的骨髓活检进行的综合蛋白质基因组学分析，以阐明 AML 的分子病理生理学，以便为未来的诊断和治疗方法提供信息。

除了深入的定量蛋白质组学外，我们的分析还包括细胞遗传学分析和 DNA/RNA 测序。我们确定了五种蛋白质组学 AML 亚型，每种亚型都反映了跨越基因组边界的特定生物学特征。其中两种蛋白质组学亚型与患者预后相关，但没有一种亚型仅与特定的基因组畸变相关。

值得注意的是，一种仅在蛋白质组中捕获的亚型 （Mito-AML） 的特征是线粒体蛋白高表达，结果较差，强化诱导化疗治疗缓解率降低，总生存期缩短。功能分析显示，Mito-AML 在代谢上与更强的复杂 I 依赖性呼吸相连，并且对 BCL2 抑制剂维奈托克治疗更敏感。

见图一

蛋白质组学 AML 亚型。

图一

（A） 按细胞遗传学风险的 ELN 分类分层的生存概率。总体而言，属于发现队列的 177 名患者显示了无复发和无事件生存期。

（B） 患者-患者距离的无监督分层聚类。行和列对应于患者，热图中的每个条目都量化了两个患者之间的距离。聚类用于定义六个不同的聚类（C1–C6，颜色编码）。热图顶部的注释根据 ELN 和 FAB 分类、突变和细胞遗传学畸变显示患者风险类别。

（C） 基于差异调节的基因本体论 （GO） 通路的基因集变异分析 （GSVA） 评分的簇上调和下调（左热图;分别显示为红色和蓝色）。蛋白质组和注释途径的转录组的聚类 Spearman 相关系数（右热图，点标记显着相关的途径，p < 0.05，Benjamini-Hochberg 校正）。

（D） 转录因子的簇上调和下调。顶部注释对 DNA 结合结构域 （DBD，其他包括未知、THAP 指、C2H2 ZF;同源域、MBD、BED ZF、CENPB、SMAD、同源域;POU、CSD、AT 钩、Rel、RFX、SAND、CxxC、CUT;同源域，MBD;AT 钩、GTF2l 样、HSF、Runt、CxxC;AT 钩、CSL、IRF、MADS 盒、Myb/SANT、ARID/BRIGHT;RFX、TCR/CxC、C2H2 ZF;床 ZF，干旱/明亮，MBD;CxxC ZF）。

（E） 人激酶的簇上调和下调。顶部注释对激酶家族进行颜色编码。

见图二

AML 的蛋白质基因组学特征。

图二

（A） 28 个因素会导致所有数据层的变化。行表示潜在因素;列表示数据模态。每个方块都对因子在特定数据层中是否处于活动状态进行颜色编码（红色表示活动，蓝色表示非活动）。

（B） LF1-NPM1/HOX 的患者特异性富集评分，其中每行对应一名患者，并对通路和患者特异性标准化富集评分进行颜色编码。MHC 以协调的方式解释了蛋白质组和转录组的变异 （上图）。HOX 信号转导在转录组中的 NPM1 突变患者中富集（下图;用 NPM1 突变状态注释）。

（C） 按 NPM1 突变状态进行颜色编码的 LF1-NPM1/HOX 评分。每个符号对应一个患者。

（D） LF6-Mito 因子权重的通路分析表明，LF6-Mito 富含与线粒体过程相关的通路。

（E） 显示了每个蛋白质组学簇的 LF6-Mito 评分;LF6-Mito 评分在很大程度上将分配到 C-Mito 和 C5 的患者分开。

（F） 每位患者的 LF6-Mito 评分（y 轴）与线粒体蛋白质组的第一个 PC（x 轴）的散点图（Spearman 的 rho 为 0.88）。蛋白质组学簇成员身份采用颜色编码。

（G） 仅注释到线粒体的基因的蛋白质组和转录组的主成分分析。当仅考虑线粒体基因时，C-Mito 患者可以从蛋白质组中恢复，但不能从转录组中恢复。每个符号对应一个患者;分配到 C-Mito 的患者以红色突出显示。

见图三

AML 蛋白质组学亚型与强化诱导治疗后生存率的关系。

。

图三

（A） C-Mito 和非 Mito 患者总生存期的 Kaplan-Meier 模型。

（B） 基于多变量 Cox 回归分析的 HR 的森林图，用于发现队列中患者的总生存期。Cox 回归中使用的协变量显示在最左侧的列中。第二列列出协变量的所有建模水平，最顶层是每个协变量的参考水平。相对于这些参考文献，具有 95% CI 的 HR 估计值显示在第三列中，并在第四列中分别显示为框和水平线。垂直虚线将 HR 标记为 1。指示显著性的 p 值显示在右侧。

（C） （左图） C-Mito 和非 Mito 组中细胞遗传学和分子遗传学特征的组级频率。（右面板）C-Mito 和非 Mito 组中 ELN 细胞遗传学风险类别的组别频率。

（D） C5 和非 C5 患者总生存期的 Kaplan-Meier 模型。

（E） 基于多变量 Cox 回归分析的 HR 的森林图，用于发现队列中患者的总生存期。Cox 回归中使用的协变量显示在最左侧的列中。第二列列出协变量的所有建模水平，最顶层是每个协变量的参考水平。相对于这些参考文献，具有 95% CI 的 HR 估计值显示在第三列中，并在第四列中分别显示为框和水平线。垂直虚线将 HR 标记为 1。指示显著性的 p 值显示在右侧。

（F） （左图） C5 组和非 C5 组中细胞遗传学和分子遗传学特征的组级频率。（右面板）C5 组和非 C5 组中 ELN 细胞遗传学风险类别的组别频率。

见图四

验证队列和基于机器学习的 C-Mito 预测。

图四

（A） 患者-患者距离的无监督分层聚类。行和列对应于患者，热图中的每个条目都量化了两个患者之间的距离。聚类用于定义三个不同的聚类（C1–C3;颜色编码）。热图顶部的注释显示 NPM1 突变状态、FLT3-ITD 状态、FLT3-ITD 等位基因比率和 NPM1/FLT3 状态。底部注释的是 C-Mito 类成员资格，该分类器由在发现队列上训练的分类器预测（预测的 C-Mito 为红色）。

（B） 使用每个簇与其余患者之间差异表达蛋白的通路分析来表征三个蛋白质组学簇。线粒体项是表征集群 1 的不同特征。

（C） C-Mito 分类器的准确率与召回率和受试者工作特征 （ROC） 曲线，该分类器在发现队列中进行了训练，并在验证队列中进行了测试。指标是根据验证队列的无监督聚类计算的 （C1 患者被视为 Mito）。两条曲线下接近 1 的区域表示仅验证队列的无监督分析与由发现队列监督的分类之间存在高度一致性。

（D） 验证队列中 5 种最相关的蛋白质对 C-Mito 患者分类贡献的蜂群图。每个符号代表验证队列中的一个患者，分类为 C-Mito 的患者以红色显示，分类为非 Mito 的患者以灰色显示。

（E） 通过使用在发现队列上训练的分类器，预测为 C-Mito 和非 Mito 的验证队列患者总生存期的 Kaplan-Meier 模型。被归类为 Mito 的患者的总生存期明显较短。

（F） 基于分层聚类的验证队列中 C-Mito 和非 Mito 患者总生存期的 Kaplan-Meier 模型;Mito 患者的总生存期再次显着缩短。

（G） 基于验证队列中患者总生存期的多变量 Cox 回归分析 HR 的森林图。Cox 回归中使用的协变量显示在最左侧的列中（基于分层集群的 C-Mito）。第二列列出协变量的所有建模水平，最顶层是每个协变量的参考水平。相对于这些参考文献，具有 95% CI 的 HR 估计值显示在第三列中，并在第四列中分别显示为框和水平线。垂直虚线将 HR 标记为 1。指示显著性的 p 值显示在右侧。

见图五

Mito-AML 定义的蛋白质组学网络。

图五

（A） 与非 Mito 患者相比，前 100 个差异 （FDR < 0.01） 蛋白上调的 StringDB 网络。每个节点代表一种蛋白质，边缘表示相互作用类型（紫色 = 实验证据，浅蓝色 = 数据库证据，黄色 = 文本挖掘证据，黑色 = 共表达证据）。出现三个主要的蛋白质枢纽，分别对应于线粒体、染色质调节因子和核包膜。节点颜色标记丰富的通路术语（红色 = 线粒体蛋白复合物和细胞呼吸，黄色 = 染色质重塑，紫色 = 核膜）。

（B） 按蛋白质组簇分层的线粒体蛋白表达 （log2-intensity）。蛋白质组簇 C-Mito 的线粒体蛋白表达 （GO：0,005,739） 显著高于 C3-6 （Wilcoxon 秩和检验，未显示异常值）。

（C） OXPHOS 复合体亚基在蛋白质组中的表达（log2 强度），按 C-Mito 分层。C-Mito 患者在蛋白质组中 OXPHOS 复合物亚基的表达显著高于其余患者。

（D） 线粒体基因的 mRNA 表达 （GO：0,005,739），按蛋白质组簇分层（Wilcoxon 秩和检验，未显示异常值）。

（E） OXPHOS 复合体亚基的 mRNA 表达，按 C-Mito 分层。图中所有箱线图定义如下：中线对应于中位数;下铰链和上铰链分别对应于第一和第三四分位数;上须从铰链延伸到距铰链不超过 1.5 的最大值×距铰链的四分位距（或第一和第三四分位数之间的距离），下须从铰链延伸到最大值，最大值不超过 1.5× 铰链的四分位距。

见图六

Mito-AML 的代谢线路和治疗相关脆弱性。

图六

（A） 基于 45 种 OXPHOS 相关蛋白表达的急性白血病细胞系的分层聚类。列对应于细胞系;行对应于 proteins。聚类用于将急性白血病细胞系分为两组 （Mito-high 和 Mito-low）。

（B） 火山图描述了 CRISPR （Avana） 21Q2 数据中可用的 Mito-high 和 Mito-low 细胞系中全基因组差异 CERES 依赖性评分的基因集富集。显着性：abs （标准化富集评分 （NES）） > 1.3，p < 0.1。复合物 I 基因集以红色突出显示。

（C） SD 点±散点均值，描述了 OXPHOS 复合物 I-V 中 Mito 高细胞系与 Mito-low 细胞系的平均差秩归一化 CERES 依赖性评分（单样本 t 检验，CRISPR [Avana] 21Q2 依赖性数据）。

（D） 半数最大抑菌浓度 （IC50） 显示 Mito 高 AML 细胞系 （n = 9） 和 Mito-low AML 细胞系 （n = 10）。线粒体高 AML 细胞系对 OXPHOS 靶向药物的敏感性增加 （Wilcoxon 秩和检验）。

（E） 在 AML 细胞系中量化呼吸链复合物 I 依赖性 （Mito-high，n = 8;Mito-low，n = 9）使用 Seahorse 96 细胞外通量分析仪。线粒体高细胞系表现出明显更强的复合物 I 依赖性 （p < 0.01，Wilcoxon 秩和检验）。

（F） 用 2 μM 维奈托克处理 24 小时后测量的细胞系中的耗氧率显示线粒体高 AML 细胞系显着降低（n = 8;p < 0.001，Wilcoxon 秩和检验），但在线粒体低细胞系中未观察到显着降低（n = 8，p = 0.13，Wilcoxon 秩和检验）。与低 Mito 细胞系相比，Mito-high 的降低显着更大 （p < 0.01，Wilcoxon 秩和检验）。

（G） 使用 Seahorse 96 细胞外通量分析仪在主要患者样本 （C-Mito，n = 9;非 Mito，n = 11，均来自发现队列） 中量化复合物 I 依赖性。Mito 样品表现出明显更强的复合物 I 依赖性 （p < 0.01，Wilcoxon 秩和检验）。

（H） 基于流式细胞术的 Annexin V 定量−/7AAD−与 100 nM venetoclax 离体孵育后患者来源的 AML 原始细胞显示 Mito 和非 Mito 患者之间存在显着差异（C-Mito，n = 8，非 Mito，n = 17;p < 0.001，Wilcox 秩和检验）。图中所有箱线图定义如下：中线对应于中位数;下铰链和上铰链分别对应于第一和第三四分位数;上须从铰链延伸到距铰链不超过 1.5 的最大值×距铰链的四分位距（或第一和第三四分位数之间的距离），下须从铰链延伸到最大值，最大值不超过 1.5× 铰链的四分位距。超出须线末端的数据称为“异常”点，如果未另有说明，则单独绘制。

02

研究结论

总之，我们的蛋白质基因组学方法导致了具有临床相关性的蛋白质组学 AML 亚型的发现，从而为改进 AML 的分子理解和临床分类提供了蛋白质组学基础。此外，我们的综合分析揭示了 AML 蛋白质组与遗传畸变之间的相互关系，为疾病的发病机制提供了见解，并提出了可测试的治疗干预措施。

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