編者按：肝癌是全球癌癥死亡的第三大原因，分為原發(fā)性和繼發(fā)性兩大類。其中，肝細(xì)胞癌（hepatocellular carcinoma, HCC）占原發(fā)性肝癌的90%以上，雖然手術(shù)治療在早期階段可能有效，但術(shù)后五年總生存率僅為50-70％。針對(duì)這一現(xiàn)狀，對(duì) HCC 患者準(zhǔn)確分型，發(fā)現(xiàn)新的治療靶點(diǎn)，進(jìn)而進(jìn)行精準(zhǔn)有效治療具有重大的臨床指導(dǎo)意義。
2月28日，國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)中心（北京）賀福初院士團(tuán)隊(duì)、錢小紅教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院樊嘉院士團(tuán)隊(duì)于 Nature 在線發(fā)表 Proteomics identifies therapeutic targets of early-stage hepatocellular carcinoma 。該文章有別于傳統(tǒng)的基因分型方式，從蛋白質(zhì)組學(xué)層次出發(fā)，以蛋白質(zhì)組學(xué)和磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)為主，輔以基因組、轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，對(duì)早期 HCC 進(jìn)行了分型，發(fā)現(xiàn)了 HCC 治療新靶點(diǎn) SOAT1，提供了一種可行性的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究新思路，為國(guó)內(nèi)蛋白質(zhì)組學(xué)里程碑式的成果。
研究人員對(duì)110個(gè)與乙型肝炎病毒感染相關(guān)的臨床早期 HCC 患者的癌組織和癌旁組織，進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)和磷酸蛋白質(zhì)組學(xué)研究， 輔以基因組/轉(zhuǎn)錄組分析，將該隊(duì)列分為亞型 S-I、S-II和S-III，每種亞型具有不同的臨床結(jié)果。其中 S-III 術(shù)后復(fù)發(fā)率高，生存率低。研究發(fā)現(xiàn) S-III 膽固醇穩(wěn)態(tài)受損，與 SOAT1 密切相關(guān)。在細(xì)胞和動(dòng)物水平敲除 SOAT1 并進(jìn)行阿伐麥布（一種調(diào)控血脂的藥物）給藥治療后，發(fā)現(xiàn) SOAT1 低表達(dá)有效抑制肝癌細(xì)胞的增殖和遷移。
方法流程
研究結(jié)果
1. 定量蛋白質(zhì)組、磷酸化修飾蛋白質(zhì)組、基因組、轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)展示
樣本隊(duì)列為110例早期 HCC 患者手術(shù)切除的原發(fā)癌組織和癌旁組織成對(duì)樣本。
研究者對(duì)101個(gè)癌組織和98個(gè)癌旁組織進(jìn)行 Label-free 高深度定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析，得到9252個(gè)蛋白質(zhì)（對(duì)應(yīng)9,142個(gè)基因）；對(duì)103對(duì)癌和癌旁組織進(jìn)行高深度磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)分析，得到27,651個(gè)磷酸化位點(diǎn)（來(lái)源于5,847個(gè)蛋白質(zhì)）。腫瘤中鑒定的蛋白質(zhì)數(shù)量（平均5,953個(gè)蛋白質(zhì)）顯著高于配對(duì)的癌旁組織中鑒定到的蛋白質(zhì)數(shù)量（平均5,114個(gè)蛋白質(zhì)）（圖1）。
對(duì)93對(duì)癌和癌旁組織進(jìn)行全基因組測(cè)序，鑒定到6,863個(gè)基因。其中有11,733個(gè)非沉默突變和8,986個(gè)沉默突變，17個(gè)復(fù)發(fā)突變基因。對(duì)35對(duì)癌和癌旁組織進(jìn)行 RNA 測(cè)序，分析到16,457個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因。
圖 1 乙型肝炎病毒（HBV）相關(guān)早期 HCC 中蛋白質(zhì)鑒定結(jié)果展示
2. 多組學(xué)關(guān)聯(lián)分析通路富集、腫瘤抑制因子、氨基酸突變
蛋白質(zhì)組與轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)通路富集分析顯示細(xì)胞周期、整合素、PDGF 信號(hào)傳導(dǎo)、MAPK、TNF 和 MET 等途徑功能增強(qiáng)，PPAR 信號(hào)傳導(dǎo)和代謝相關(guān)途徑減弱。磷酸化蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)表明磷酸化在早期 HCC 的炎癥和細(xì)胞轉(zhuǎn)移中非?；钴S。這表明早期HCC 中便體現(xiàn)出分子的多樣性，為后續(xù)癌癥分型提供了基礎(chǔ)。
基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組與磷酸化修飾綜合分析發(fā)現(xiàn)早期 HCC 與 p53 腫瘤抑制因子突變失活、磷酸化修飾調(diào)控 mTOR3 活性以及 WNT 通路關(guān)鍵蛋白氨基酸突變密切相關(guān)，共同調(diào)控腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖。
3. 主成分分析，將 HCC 分為三種主要蛋白質(zhì)組亞型
主成分分析將與乙型肝炎病毒（HBV）感染相關(guān)的早期 HCC腫瘤隊(duì)列分為三種主要蛋白質(zhì)組亞型：亞型S-I（36例），S-II（32例）和 S-III（33例）（圖2a）。與此樣本隊(duì)列的臨床數(shù)據(jù)（生存曲線）進(jìn)行印證，發(fā)現(xiàn) S-III 患者復(fù)發(fā)性高，死亡率最高（圖2b,c）。該結(jié)果在另一 HCC 隊(duì)列（復(fù)旦隊(duì)列）中得到進(jìn)一步驗(yàn)證。這些結(jié)果表明 S-III 與腫瘤預(yù)后不良有關(guān)。同時(shí)研究者還在三種蛋白質(zhì)組亞型中鑒定了與特定預(yù)后相關(guān)的多種蛋白質(zhì)，例如 SLC3A2，PRPF4 和 SOAT1，這些標(biāo)志物在 mRNA 和蛋白質(zhì)兩個(gè)組學(xué)水平一致性并不好，這也表明了蛋白質(zhì)組學(xué)在疾病標(biāo)志物、分型方面的潛力。
圖2 HBV 相關(guān)早期 HCC 的蛋白質(zhì)組學(xué)亞型及在不同樣本隊(duì)列中的臨床生存曲線
4. 通過(guò)多組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)一步探究 HCC 不同亞型特異性，鎖定關(guān)鍵蛋白 SOAT1
對(duì)不同亞型的差異表達(dá)蛋白、差異磷酸化修飾蛋白（蛋白質(zhì)組作為主數(shù)據(jù)）、差異表達(dá)基因（轉(zhuǎn)錄組作為輔助印證）進(jìn)行基因富集分析鑒定出34個(gè)核心途徑。與 S-I 和 S-II 相比，S-III 與預(yù)后不良相關(guān)的蛋白質(zhì)上調(diào)，腫瘤促進(jìn)途徑激活（如 TGFβ、HIF1、整合素和 Rho GTP 酶途徑），糖酵解和膽固醇代謝發(fā)生紊亂（圖3a）。
研究者認(rèn)為針對(duì) S-III 手術(shù)后預(yù)后差，應(yīng)對(duì) S-III 的特異性蛋白進(jìn)行靶向治療。在自有的 HCC 和復(fù)旦 HCC 隊(duì)列中（圖3b），SOAT1（其可以催化脂肪酸 - 膽固醇酯的形成）表現(xiàn)出最高的預(yù)后風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分（圖3b），除 SOAT1 高表達(dá)外，其他六種與膽固醇穩(wěn)態(tài)相關(guān)的關(guān)鍵蛋白，包括 LDLR（與攝取相關(guān)）、NPC1（與運(yùn)輸相關(guān)）、SCAP 和SREBF2（與調(diào)節(jié)相關(guān)）、HMGCR（與合成相關(guān)）和 CYP7A1（與分解代謝相關(guān)）在 HCC 腫瘤組織中也顯著上調(diào)。這表明 HCC 中膽固醇體內(nèi)平衡發(fā)生改變，遂后續(xù)對(duì) SOAT1 開展了細(xì)致化研究。
圖3 S-III 腫瘤中的特征蛋白和通路，以及 HBV 相關(guān)早期 HCC 的潛在藥物靶點(diǎn)
5. 深入研究 SOAT1 臨床相關(guān)性、細(xì)胞和動(dòng)物水平功能驗(yàn)證
研究者對(duì) SOAT1 的表達(dá)水平與生存率的關(guān)系進(jìn)一步分析。在蛋白質(zhì)組、組織微陣列（TMA） 組群以及癌癥基因組圖譜（TCGA）中 SOAT1 的表達(dá)水平與總體存活率顯著相關(guān)（圖4a）。另外比較有意思的是，SOAT1 的上調(diào)也與甲狀腺癌、頭頸癌、胃癌、腎癌和前列腺癌相關(guān)。這些結(jié)果表明 SOAT1 的高表達(dá)可能是多種癌癥的共有特征。
為了進(jìn)一步證實(shí) SOAT1 在 HCC 中的作用，研究者在兩株 SOAT1 表達(dá)水平不同的 HCC 細(xì)胞系上進(jìn)行 SOAT1 shRNA 特異性敲除，發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞系的增殖和遷移被顯著抑制（圖4b，c）。阿伐麥布（一種調(diào)控血脂的藥物）治療在細(xì)胞形態(tài)學(xué)上具有類似效果（圖4d，e）。
對(duì) SOAT1 敲低或使用阿伐麥布治療后的細(xì)胞系進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析進(jìn)一步研究SOAT1機(jī)制，顯示位于質(zhì)膜上且對(duì)腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移至關(guān)重要的多種受體（如ITGAV、ITGAL、ITGA6、ITGB4 和 TGFβR1）均顯著降低至少1.5倍（P <0.05）。SOAT1敲除和阿伐麥布治療均降低了腫瘤細(xì)胞質(zhì)膜的膽固醇水平（圖4f），這與細(xì)胞內(nèi)膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)至質(zhì)膜相關(guān)的蛋白質(zhì)下調(diào)一致。免疫印跡分析證實(shí)了這些關(guān)鍵蛋白表達(dá)的變化（圖4g）?？傊?，這些數(shù)據(jù)表明 SOAT1 的下調(diào)通過(guò)降低血漿膜的膽固醇含量來(lái)抑制 HCC 細(xì)胞的增殖和遷移。
接下來(lái)作者從動(dòng)物水平驗(yàn)證了 SOAT1 的作用。用 HCC 患者來(lái)源的腫瘤進(jìn)行小鼠造模，阿伐麥布注射治療。治療顯著降低了模型中的 SOAT1 表達(dá)水平，抑制了腫瘤生長(zhǎng)（圖4h），這表明阿伐麥布可通過(guò)靶向 SOAT1 調(diào)控達(dá)到治療效果。
圖4 SOAT1 高表達(dá)促進(jìn) HCC 的生長(zhǎng)和遷移與預(yù)后不良相關(guān)
小編總結(jié)
該文章是“中國(guó)人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃”（ Chinese Human Proteome Project ，CNHPP，該計(jì)劃于2014年啟動(dòng)）背景下的一項(xiàng)重要的標(biāo)志性成果，文章首次描繪了早期肝細(xì)胞癌的蛋白質(zhì)組表達(dá)譜和磷酸化蛋白質(zhì)組圖譜，有別于傳統(tǒng)的基因分型，首次對(duì)早期肝細(xì)胞癌進(jìn)行了基于蛋白質(zhì)組的分子分型，并且發(fā)現(xiàn)了早期肝細(xì)胞癌精準(zhǔn)治療的新靶點(diǎn)！未來(lái)通過(guò)該研究策略或許會(huì)在更多不同種類的惡性腫瘤中尋找到合適的治療靶點(diǎn)，或?qū)㈤_啟蛋白質(zhì)組學(xué)驅(qū)動(dòng)的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)新時(shí)代！
參考文獻(xiàn)：Ying Jiang., et al. (2019). Proteomics identifies therapeutic targets of early-stage hepatocellular carcinoma. Nature.
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