編者按：T細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血病（T-ALL）是一種多發(fā)于兒童和青少年的惡性腫瘤性疾病。雖然目前經(jīng)過調(diào)整新的化療方案，兒童T-ALL患者的長期生存率得到顯著提高，但是卻伴隨著長期的毒副作用。在T-ALL中，白細(xì)胞介素7受體(IL7R)或Janus激酶3(JAK3)的突變頻繁發(fā)生。在小鼠模型中，兩者的突變都能夠驅(qū)動(dòng)癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)化和T-ALL的發(fā)生。然而，JAK3突變的下游信號通路變化仍不清楚。

近日，國際專業(yè)學(xué)術(shù)期刊Leukemia上發(fā)表了運(yùn)用磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)挖掘JAK3突變引起下游通路改變的研究。文章利用JAK3激酶抑制劑ruxolitinib和tofacitinib特異性抑制JAK3(L857Q)/(M511I)，對其進(jìn)行磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)鑒定與分析。發(fā)現(xiàn)在JAK3突變后，造成的的下游信號通路改變主要為絲/蘇氨酸蛋白激酶（MEK/ERK）、磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸-3-激酶(PI3K)/AKT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)以及BCL2信號通路。

這些數(shù)據(jù)首次揭示了JAK3突變調(diào)控下游信號通路的詳細(xì)分子機(jī)制，有助于人們認(rèn)識組成型激酶活化所調(diào)控的致癌過程，為優(yōu)化T-ALL的組合治療方案提供新的思路。

疾病：T細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血病

研究問題：JAK3突變的下游信號通路變化

研究策略：TMT定量磷酸化組

發(fā)表期刊：Leukemia

研究速讀

1、JAK3激酶抑制劑處理后的蛋白磷酸化組分析

研究者首先利用JAK激酶的抑制劑ruxolitinb和tofacitinb對Ba/F3淋巴細(xì)胞JAK3(L857Q)進(jìn)行處理，采用TMT標(biāo)記的方法，對其進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)和磷酸化組學(xué)鑒定，技術(shù)路線如下圖所示。

研究技術(shù)路線

研究者一共鑒定到6036個(gè)特異蛋白和2070個(gè)磷酸化蛋白，進(jìn)一步對兩種抑制劑處理的差異磷酸化位點(diǎn)進(jìn)行深入分析，發(fā)現(xiàn)用tofacitinb抑制劑處理JAK3（L857Q）后，共鑒定到84個(gè)下調(diào)磷酸化位點(diǎn)和29個(gè)上調(diào)磷酸化位點(diǎn)。用ruxolitinb抑制劑處理JAK3(L857Q),共鑒定到86個(gè)下調(diào)磷酸化位點(diǎn)和20個(gè)上調(diào)磷酸化位點(diǎn)。

圖1 Ba/F3淋巴細(xì)胞JAK3（L857Q）的定量磷酸化蛋白質(zhì)組分析

2、綜合網(wǎng)絡(luò)分析磷酸化蛋白組學(xué)數(shù)據(jù)，鑒定下游信號通路

為進(jìn)一步探索JAK3突變的下游信號通路，研究者運(yùn)用GO聚類分析、KEGG等生物信息學(xué)手段對質(zhì)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)抑制劑tofacitinib處理JAK3（L857Q）后，絲/蘇氨酸蛋白激酶（MEK/ERK）、磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸-3-激酶(PI3K)/AKT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)以及BCL2信號通路發(fā)生顯著改變。此外，參與DNA甲基化及轉(zhuǎn)錄抑制、癌癥分子機(jī)理、細(xì)胞凋亡以及DNA損傷修復(fù)等通路也都得到富集。

圖2 突變JAK3的下游磷酸化蛋白網(wǎng)絡(luò)分析

3、驗(yàn)證JAK3突變導(dǎo)致的下游通路改變

為了驗(yàn)證JAK3突變引起的信號通路主要為ERK/MAPK、PI3K/AKT和BCL2。研究者選擇JAK3的兩種突變類型：JAK3（M511l）和JAK3（L857Q）兩種突變類型作為研究對象，選擇Bcl-2信號的抑制劑ABT-199、PI3K信號的抑制劑buparlisib以及MEK信號的抑制劑selmuetinib和trametinib與JAK3的抑制劑tofacitinib進(jìn)行不同組合處理研究。

研究發(fā)現(xiàn)分別用JAK3抑制劑tofacitinib和其他通路的四種抑制劑處理后，細(xì)胞的增殖都受到抑制，并且抑制效果具有協(xié)同效應(yīng)。該研究結(jié)果證明JAK3突變后導(dǎo)致的下游信號通路的改變確實(shí)主要為ERK/MAPK、PI3K/AKT和Bcl-2。

 圖3 不同抑制劑的組合處理對Ba/F3細(xì)胞增殖的影響

4、在JAK3突變的PDX樣本中進(jìn)一步驗(yàn)證

人源性腫瘤組織異種移植（patient-derived xenografts，PDX）是指將患者的新鮮腫瘤組織或細(xì)胞經(jīng)處理后移植到免疫缺陷鼠上，依靠小鼠提供的微環(huán)境進(jìn)行生長。PDX模型保持病人腫瘤的組織病理學(xué)特征和腫瘤遺傳學(xué)特征，為腫瘤的生物學(xué)研究、診斷標(biāo)志物的尋找和藥物篩選提供了一個(gè)重要的體內(nèi)模型。

為了本研究結(jié)果更具臨床意義，且再次驗(yàn)證JAK3突變后造成的下游信號通路改變的結(jié)果，研究者在PDX樣本中，同樣用JAK3激酶抑制劑、MEK激酶抑制劑以及BCL2抑制劑進(jìn)行處理。研究結(jié)果顯示，不同抑制劑的不同濃度組合表現(xiàn)出協(xié)同性，說明兩種抑制劑具有互補(bǔ)性，進(jìn)一步證明JAK3突變后對下游ERK/MAPK、PI3K/AKT和BCL2信號通路的影響。

圖4 Tofacitinib與MEK或Bcl-2抑制劑不同濃度組合對細(xì)胞毒性的影響

總結(jié)

本文作者運(yùn)用磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)探究了Ba/F3淋巴細(xì)胞癌變過程中，JAK3突變造成的的下游信號通路改變主要為絲/蘇氨酸蛋白激酶（MEK/ERK）、磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸-3-激酶(PI3K)/AKT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)以及BCL2信號通路。為了進(jìn)一步證實(shí)JAK3突變對下游信號通路MEK/ERK、PI3K/AKT和BCL2的影響，作者進(jìn)一步在小鼠模型和PDX模型中，用MEK/ERK、PI3K和BCL2的抑制劑與JAK3抑制劑進(jìn)行處理比較，進(jìn)一步證實(shí)該結(jié)果。

本篇研究揭示了JAK3突變調(diào)控下游信號通路的詳細(xì)分子機(jī)制，有助于人們認(rèn)識組成型激酶活化所調(diào)控的致癌過程，為優(yōu)化T-ALL的組合治療方案提供新的思路。研究通過蛋白組學(xué)，將信號通路、疾病遺傳物質(zhì)與機(jī)理聯(lián)系起來，同樣揭示了基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學(xué)與磷酸化組學(xué)，在疾病機(jī)理研究與生命活動(dòng)變化中的重要應(yīng)用價(jià)值。