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眾所周知，各種生理和病理功能的執(zhí)行者是蛋白質而非mRNA，蛋白質的豐度相比于mRNA的表達更能體現(xiàn)疾病的狀態(tài)。以往的研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質和RNA在不同組織間具有不同的富集模式，這可能是由于翻譯后調(diào)控、RNA和蛋白質水平上的不同周轉率所引起的。今天給大家分享的這篇文章就是以蛋白質為主角，于2022年3月發(fā)表在Oncogene（IF=9.867）。
The proteomic characterization of the peritumor microenvironment in human hepatocellular carcinoma
人肝細胞癌瘤周微環(huán)境的蛋白質組學特征
背景
腫瘤微環(huán)境（TME）描述了腫瘤組織的組成，在腫瘤的發(fā)生中起著重要的作用。TME通常在腫瘤組織中進行研究，因此TME參與腫瘤初始發(fā)生、腫瘤復發(fā)以及術后轉移相關的過程尚不清楚。腫瘤細胞和腫瘤生長的組織是高度異質性的，正如Paget的“種子和土壤”假說中首次提出的那樣。“土壤”是指為腫瘤細胞生長提供合適環(huán)境的非腫瘤組織，但其本身不是腫瘤組織。然而，識別和研究未來腫瘤生長的“土壤”還是比較困難的。因此，衍生出一個新的概念來描述腫瘤發(fā)生和發(fā)展的機制——瘤周微環(huán)境（PME）。PME包括腫瘤周圍非常接近“土壤”的組織。腫瘤的發(fā)生、復發(fā)和轉移主要依賴于PME，因此PME和TME都能影響腫瘤的進展。但到目前為止，相比于TME，很少有研究關注于PME。
超過80%的肝細胞癌（HCC）有鄰近組織顯示肝硬化或纖維化，因此，HCC可能具有獨特的PME特征。在這項研究中，作者首次通過使用41個正常人類肝組織和71個HCC瘤周組織，對HCC中的PME進行了蛋白質組學表征，“與癌癥發(fā)生密切相關的PME”（PME-O）和“與癌癥進展密切相關的PME”（PME-P）在蛋白質組的組成和功能上幾乎完全不同。
結果
HCC患者中PME的蛋白質組學分析
在PME中鑒定出的平均蛋白數(shù)量（4543）明顯高于正常肝組織（4372）（圖1A），且在甲胎蛋白（AFP）水平高和生存時間較短的患者的PME中鑒定出較多的蛋白數(shù)量（圖1B）。這些結果表明PME中蛋白表達的變化與HCC的臨床指標密切相關，而蛋白數(shù)量的異常增加可能與HCC進展有關。將PME與對照組進行比較，發(fā)現(xiàn)有1360個差異表達蛋白（圖1C和D）。富集分析表明，PME中差異表達的蛋白可能與HCC的發(fā)生和進展相關的信號通路相關（圖1E）。值得注意的是，糖酵解途徑中關鍵調(diào)控蛋白的表達顯著上調(diào)（圖1F-P），表明肝臟特異性代謝途徑在HCC的PME中被重編程。
“與癌癥發(fā)生密切相關的PME”（PME-O）
不像傳統(tǒng)的蛋白質分析方法，關注單一蛋白質或單一因素，如免疫、炎癥、血管生成或代謝，在該研究中，作者建立了一種檢驗多重綜合因素的方法（圖2A）。簡單地說，計算在PME-O中確定的所有40個蛋白質的風險指數(shù)（RIs）發(fā)現(xiàn)，RIs與AFP、肝硬化分期和CYP2E1活性密切相關（圖2B-D）。高RI的患者更有可能具有較高的AFP水平、肝硬化分期以及CYP2E1活性，這表明所建立的方法具有顯著的臨床意義。通過分析結果發(fā)現(xiàn)患者發(fā)生HCC的幾個危險因素的比例差異很大（圖2E），這種差異可能歸因于HCC患者間具有高度異質性。一般來說，免疫通常是PME中HCC發(fā)生的主要原因，且免疫的RI在六個因素中最高，其次是炎癥和血管生成（圖2F）。
為了便于這些信息的臨床應用，作者對上述40個蛋白進行了進一步的優(yōu)化篩選，并構建了一個包含三種蛋白標記物（免疫蛋白HSPA4L、炎癥蛋白VIL1和血管生成蛋白TYMP）的具有較高特異性和敏感性的模型（圖2G-J），對于HCC的發(fā)生具有良好的預測價值。
“與癌癥進展密切相關的PME”（PME-P）
進一步分析蛋白功能與HCC進展之間的相關性，發(fā)現(xiàn)PME-P中有52個蛋白，可按功能分為6類（圖3A）。然后使用RIs來檢驗各種因素對進展和個體變異的影響。與PME-O患者相似，高RI患者更可能有更短的生存時間、更高的AFP水平、且存在多個而不是單個的腫瘤區(qū)域（圖3B-F）。在本研究中，炎癥、血管生成和代謝的平均RIs遠高于其他因素，是PME中HCC進展的主要影響因素（圖3G和H）。隨后構建的進展預測模型，涉及三個標記物（炎癥蛋白CMPK2；血管生成蛋白TYMP；和代謝蛋白NADSYN1），低RI組的中位生存時間明顯長于高RI組（圖3I和J）。同時，ROC分析結果顯示，該模型可以更好地預測疾病進展（圖3K和L），提示該模型可能對HCC進展的風險具有良好的預測價值。
作者隨后評估了PME-O中40個蛋白和PME-P中52個蛋白對HCC發(fā)生和進展的影響，結果顯示進展蛋白對HCC的發(fā)生影響微弱，發(fā)生蛋白對進展的影響也較弱（圖3M和N），意味著影響發(fā)生和進展的蛋白在組成和功能上都有所不同，即HCC的發(fā)生和進展是完全不同的階段，說明需要不同的預防和治療策略。
PME亞型的分子特征
由于在本研究中，腫瘤分類首次基于PME而不是TME，因此可以整體考慮發(fā)生和發(fā)展的過程。使用共識聚類分析，HCC患者被分為3種亞型，亞型間具有差異的OS、分子特征以及RI（圖4A-E）。在3種亞型間RI顯著差異的16個蛋白中（圖4F-U），有10個蛋白可以被認為是潛在的靶點（圖4V），提示PME中三種亞型的特征明顯不同，提示需要不同的治療策略。
胸苷磷酸化酶（TYMP）作為HCC的潛在靶標
相比于對照組，PME中顯示出更高的TYMP豐度（圖5A），而TYMP mRNA的表達在兩組之間沒有顯著差異。TYMP的表達與診斷（圖5B）、預后（圖5C）及臨床參數(shù)（圖5D-K）顯著相關。此外，TYMP與在PME中顯示微血管密度上調(diào)的指標PECAM1顯著相關（圖5L-O），并與腫瘤的大小和預后呈正相關（圖5P-Q）。
作者在小鼠模型中驗證了這一現(xiàn)象。兩種TYMP抑制劑不同程度地降低了腫瘤重量（圖6A-D），但對體重沒有顯著影響（圖6E）。兩種TYMP抑制劑也降低了腫瘤內(nèi)新生血管的形成（圖6F和G）。顯然，腫瘤抑制作用與TYMP抑制劑的抗血管生成能力明顯相關。此外，TYMP抑制劑TPI在24h和48h時對HCC細胞的生長和增殖均無顯著影響，表明該抑制劑針對的是腫瘤微環(huán)境，而不是腫瘤細胞（圖6H）。這些數(shù)據(jù)為TYMP可以作為HCC的抗血管生成靶點提供了證據(jù)。
為了研究TYMP在HCC血管生成中的作用機制，作者分析了血管生成中兩種不同的信號通路。TYMP抑制劑處理后，MAPK1（ERK2）/RSK1/NF-κB通路的mRNA下調(diào)（圖6I），這表明TYMP的上調(diào)通過該通路促進了新生血管的形成（圖6J）。綜上所述，這些發(fā)現(xiàn)表明TYMP是HCC的一個潛在靶點。
總結
在本研究中，作者提出了一個新的概念，PME，它是基于人類HCC的蛋白質組學特征。相比于以往關注TME的研究只能探索HCC的進展，PME涉及HCC發(fā)生和進展的整個過程。該研究結果揭示腫瘤的發(fā)生和進展的過程在蛋白質組的組成和功能方面有很大的差異。進展蛋白對HCC的發(fā)生的影響和發(fā)生蛋白對進展的影響均弱，提示不同的HCC的不同階段都需要進行不同的預防或治療策略。這種基于HCC PME的新分類方法，可以更準確地反映HCC的多種特征，從而可以促進癌癥研究的新進展。總的來說，PME的新知識將使癌癥生物學、診斷和治療方面的新進展成為可能。
很長一段時間以來，生信發(fā)文量一直都是轉錄組跑在前面，蛋白質組的潛力被極大的低估了，就像該研究中蛋白質組的TYMP豐度在PME中顯著增高，而mRNA的表達水平卻與正常肝臟無顯著差異。那么如果只在轉錄水平研究HCC PME的話，無疑就漏掉了TYMP這么一個有意義的靶點！啊這是多么痛的領悟，又是多么寶貴的警醒~手握蛋白組數(shù)據(jù)卻不知如何做個性化挖掘的小伙伴，請聯(lián)系我們，讓蛋白組學數(shù)據(jù)的價值實現(xiàn)最大化。
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