成功案例|TRAP1 与 CAMSAP3：早期子宫内膜癌预后的新 “风向标”
文章信息
文章题目：Multi-omics profiling reveal cells with novel oncogenic cluster, TRAP1low/CAMSAP3low, emerge more aggressive behavior and poor-prognosis in early-stage endometrial cancer
发表期刊：Molecular Cancer
影响因子：27.7
团队：福建医科大学孙蓬明及中国医学院科学院杨俊涛、柳江枫为共同通讯作者
研究背景
子宫内膜癌（EC）是全球第六大常见恶性肿瘤。尽管EC预后良好，但一部分早期和低度病变患者病程进展迅速。由癌症基因组图谱（TCGA）基因组亚群修改而成的分子分类系统ProMisE和Trans-PORTEC已通过免疫组织化学（IHC）应用于临床实践，有助于提高诊断水平并提供更好的治疗策略。然而，IHC显示大约48.2%的p53异常患者被漏诊。多组学技术的应用有助于鉴定出更有意义的生物标志物，但很少有研究集中在预后蛋白和肿瘤微环境（TME）上。因此，鉴定早期EC的高质量预后标志物并探讨致癌亚群与TME的相互作用，提高p53检测的精度，避免漏诊。
技术路线
研究结果
早期子宫内膜癌预后相关蛋白的多组学鉴定及 TRAP1 低表达 / CAMSAP3 低表达簇的特征分析
本研究通过对I - II 期子宫内膜癌患者（包括 15 例生存患者和 9 例死亡患者）进行蛋白组分析。鉴定出了三类差异表达蛋白（DEPs），即生存患者的肿瘤病灶与癌旁组织、死亡患者的肿瘤病灶与癌旁组织、生存与死亡患者的肿瘤病灶之间的差异表达蛋白。通过比较和分析生存与死亡患者的肿瘤病灶组织，发现上调的差异表达蛋白显著富集于氧化磷酸化过程。在比较生存患者的肿瘤病灶和癌旁组织时，上调的差异表达蛋白则富集于不饱和脂肪酸的合成。对 34 种差异表达蛋白进行 LASSO 分析，通过上述三类交叉匹配最终得到 13 种预后蛋白：AK3、ATF2、NUMA1、CACHD1、ZMPSTE24、TRAP1、COG3、CAMSAP3、COX4I1、PGPEP1、UBL5、HADHA 和 SNRPGP15。通过受试者工作特征曲线（ROC）筛选出的这 13 种候选蛋白具有良好的预后预测和诊断性能（图 1A）。基因集富集分析（GSEA）显示，包括 TRAP1、CAMSAP3、NUMA1、UBL5 和 COX4I1 在内的 5 种预后蛋白参与 p53 信号通路（图 1B）。
对 5 例 IA 期子宫内膜样腺癌（EEC）患者和 3 例患者的 3 个相邻正常子宫内膜组织进行了单细胞转录组测序（scRNA-seq）。经过质量控制和筛选，获得了 79,641 个高质量细胞，聚类并鉴定出 5 种已知的主要细胞类型：上皮细胞、基质成纤维细胞、内皮细胞、平滑肌细胞和免疫细胞。通过单细胞转录组测序进行差异表达分析，得到 3 个与蛋白质组数据一致的差异表达基因（DEGs）：NUMA1、TRAP1和CAMSAP3，它们的表达水平在不同细胞簇中有所不同。肿瘤组织中上皮细胞的比例明显高于正常样本，此前有报道表明子宫内膜癌起源于无纤毛上皮细胞。因此，上皮细胞首先被分为 3 个主要亚群：腔细胞、腺细胞和纤毛上皮细胞。排除纤毛上皮细胞后，对上皮细胞重新聚类，得到 10 个细胞簇。然后评估这 3 个基因在每个细胞簇中的表达水平，发现 6 号和 7 号细胞簇的基因表达低于其中位数（TRAP1，中位数 = 0.096；CAMSAP3，中位数 = 0.040；NUMA1，中位数 = 0.138）。通过分析肿瘤和癌旁样本中的无纤毛上皮细胞，发现 7 号细胞簇主要存在于正常细胞中，因此 6 号细胞簇成为研究重点。此外，几乎所有其他细胞都可以归类为腺细胞或腔细胞（图 1C、D ）。6 号细胞簇的高表达基因包括先前报道的癌基因，如 LCN2、SAA1 和 TFF3。TRAP1、NUMA1 和 CAMSAP3 在腺细胞和腔细胞中高表达，但在 6 号细胞簇中均低表达（图 1E）。此外，对无纤毛上皮细胞的基因集富集分析（GSEA）显示，6 号细胞簇中 p53 信号通路下调（图 1F），而在腺细胞和腔细胞中上调。除了 NUMA1，这些结果与基于蛋白质组学的 TRAP1 和 CAMSAP3 的基因集富集分析结果一致。因此，作者将 6 号细胞簇定义为 TRAP1 低表达 / CAMSAP3 低表达簇，然后评估其在肿瘤微环境（TME）中的基本特征。
通过 CellChat 进行的细胞间相互作用分析表明，上皮细胞与免疫细胞的相互作用最为密切。为了确定哪些免疫亚群与 TRAP1 低表达 / CAMSAP3 低表达簇密切相互作用，对免疫亚群进行细胞身份注释，包括 T 细胞、B 细胞、自然杀伤细胞（NK 细胞）和髓样细胞。TRAP1 低表达 / CAMSAP3 低表达簇与髓样细胞之间的相互作用强度最大（图 1G）。主要的配体 - 受体对包括 MIF - CD74/CD44、MIF - CD74/CXCR4、Midkine（MDK） - NCL 等（图 1H）。随后，髓样细胞被分为三个簇：树突状细胞（DCs）、巨噬细胞和单核细胞。TRAP1 低表达 / CAMSAP3 低表达簇与巨噬细胞之间的相互作用最强，且主要的受体 - 配体对几乎与髓样细胞中的相同。这些结果表明，巨噬细胞可能是与髓样细胞中 TRAP1 低表达 / CAMSAP3 低表达簇相互作用的主要细胞，主要的受体 - 配体对包括 MIF - CD74/CXCL4、MIF - CD74/CD44。
图1、早期子宫内膜癌（EC）中预后蛋白的多组学鉴定以及亚型特征的揭示
预后蛋白的验证及其预测子宫内膜癌患者死亡风险的能力
采用免疫组化（IHC）验证不同样本中预后蛋白的表达情况。不同预后组中，癌旁组织的 TRAP1 和 CAMSAP3 表达水平高于癌组织。死亡患者肿瘤组织中 TRAP1 和 CAMSAP3 的表达低于生存患者。然而，在生存患者的癌组织和癌旁组织以及不同预后的癌组织中，NUMA1 的表达没有显著变化（图 2A）。根据预后蛋白的免疫评分计算约登指数（约登指数 = 特异性 + 敏感性 - 1），选取约登指数最大值对应的数值作为截断值（TRAP1：5.5，CAMSAP3：9.8，NUMA1：6.95）。TRAP1 和 CAMSAP3 的表达情况与蛋白质组分析结果一致，但 NUMA1 的表达情况与之不符。
为进一步确认预后蛋白表达与子宫内膜癌之间的相关性，并验证它们能否作为独立的预后蛋白，作者分析了癌症基因组图谱（TCGA）队列进行外部验证。数据被分为早期（I - II 期）、晚期（III - IV 期）和相邻组织（正常组织）。对其进行了差异表达比较分析和生存分析（图 2B）。然后，作者选取了死于子宫内膜癌的患者（n = 57），并在 TCGA 数据库中通过倾向得分匹配选取了 110 名生存患者进行分析（N = 167）。结果显示，子宫内膜病变中基于 TRAP1 和 CAMSAP3 特征计算出低表达评分的患者，在所选队列中的生存率显著更低，这与作者的研究结果一致（p < 0.05）。在 I - II 期子宫内膜癌患者和无 TP53 突变的患者中也能观察到相同结果。在将 TRAP1、CAMSAP3 与 TP53 突变进行联合分析后，可以看到患者的 5 年生存率迅速下降，这表明疾病进展迅速（图 2C）。患者的 5 年生存率显著降低，意味着 I - II 期子宫内膜癌患者的预后最差（p < 0.05，图 S7B）。作者还使用相同的数据构建了一个临床预测模型。TP53 联合 TRAP1 和 CAMSAP3 的模型的曲线下面积（AUC）为 0.84，这明显（p < 0.001）高于 TP53 单独使用时的曲线下面积（AUC = 0.72）（图 2D ）。这些结果证实，作者选择的预后蛋白可用于未来的进一步研究。
图2、对预后蛋白的临床验证
研究结论
本研究旨在对早期子宫内膜癌（EC）进行多组学分析，以鉴定预后蛋白并揭示亚型特征。研究通过分析 TRAP1、CAMSAP3 和 NUMA1 在不同组织（死亡和存活患者的癌组织及癌旁组织）中的表达，并通过绘制其ROC曲线，确定这些蛋白对预后的潜在预测价值。基于基因集富集分析（GSEA），识别出与这些蛋白相关的信号通路，揭示其在 EC 发生发展中的作用机制。对 TRAP1 和 CAMSAP3 低表达簇进行 GSEA 分析，并通过细胞通讯分析研究其与免疫亚群和免疫细胞的相互作用。总体而言，研究表明 TRAP1、CAMSAP3 和 NUMA1 可作为早期 EC 潜在预后标志物，这一突破性成果不仅丰富了对子宫内膜癌分子机制的理解，更为临床提供了新的生物标志物，有望改善早期子宫内膜癌的诊断和治疗策略。