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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(zhì)而非mRNA，蛋白質(zhì)的豐度相比于mRNA的表達(dá)更能體現(xiàn)疾病的狀態(tài)。以往的研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)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(zhì)水平上的不同周轉(zhuǎn)率所引起的。今天給大家分享的這篇文章就是以蛋白質(zhì)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(xì)胞癌瘤周微環(huán)境的蛋白質(zhì)組學(xué)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(jìn)行研究，因此TME參與腫瘤初始發(fā)生、腫瘤復(fù)發(fā)以及術(shù)后轉(zhuǎn)移相關(guān)的過(guò)程尚不清楚。腫瘤細(xì)胞和腫瘤生長(zhǎng)的組織是高度異質(zhì)性的，正如Paget的“種子和土壤”假說(shuō)中首次提出的那樣。“土壤”是指為腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)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(shí)別和研究未來(lái)腫瘤生長(zhǎng)的“土壤”還是比較困難的。因此，衍生出一個(gè)新的概念來(lái)描述腫瘤發(fā)生和發(fā)展的機(jī)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(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移主要依賴于PME，因此PME和TME都能影響腫瘤的進(jìn)展。但到目前為止，相比于TME，很少有研究關(guān)注于PME。
超過(guò)80%的肝細(xì)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(dú)特的PME特征。在這項(xiàng)研究中，作者首次通過(guò)使用41個(gè)正常人類肝組織和71個(gè)HCC瘤周組織，對(duì)HCC中的PME進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)表征，“與癌癥發(fā)生密切相關(guān)的PME”（PME-O）和“與癌癥進(jìn)展密切相關(guān)的PME”（PME-P）在蛋白質(zhì)組的組成和功能上幾乎完全不同。
結(jié)果
HCC患者中PME的蛋白質(zhì)組學(xué)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(shí)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(jié)果表明PME中蛋白表達(dá)的變化與HCC的臨床指標(biāo)密切相關(guān)，而蛋白數(shù)量的異常增加可能與HCC進(jìn)展有關(guān)。將PME與對(duì)照組進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)有1360個(gè)差異表達(dá)蛋白（圖1C和D）。富集分析表明，PME中差異表達(dá)的蛋白可能與HCC的發(fā)生和進(jìn)展相關(guān)的信號(hào)通路相關(guān)（圖1E）。值得注意的是，糖酵解途徑中關(guān)鍵調(diào)控蛋白的表達(dá)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(guān)的PME”（PME-O）
不像傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)分析方法，關(guān)注單一蛋白質(zhì)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(yàn)多重綜合因素的方法（圖2A）。簡(jiǎn)單地說(shuō)，計(jì)算在PME-O中確定的所有40個(gè)蛋白質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RIs）發(fā)現(xiàn)，RIs與AFP、肝硬化分期和CYP2E1活性密切相關(guān)（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(guò)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)患者發(fā)生HCC的幾個(gè)危險(xiǎn)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(zhì)性。一般來(lái)說(shuō)，免疫通常是PME中HCC發(fā)生的主要原因，且免疫的RI在六個(gè)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(yīng)用，作者對(duì)上述40個(gè)蛋白進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化篩選，并構(gòu)建了一個(gè)包含三種蛋白標(biāo)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(duì)于HCC的發(fā)生具有良好的預(yù)測(cè)價(jià)值。
“與癌癥進(jìn)展密切相關(guān)的PME”（PME-P）
進(jìn)一步分析蛋白功能與HCC進(jìn)展之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)PME-P中有52個(gè)蛋白，可按功能分為6類（圖3A）。然后使用RIs來(lái)檢驗(yàn)各種因素對(duì)進(jìn)展和個(gè)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(shí)間、更高的AFP水平、且存在多個(gè)而不是單個(gè)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(yuǎn)高于其他因素，是PME中HCC進(jìn)展的主要影響因素（圖3G和H）。隨后構(gòu)建的進(jìn)展預(yù)測(cè)模型，涉及三個(gè)標(biāo)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(shí)間明顯長(zhǎng)于高RI組（圖3I和J）。同時(shí)，ROC分析結(jié)果顯示，該模型可以更好地預(yù)測(cè)疾病進(jìn)展（圖3K和L），提示該模型可能對(duì)HCC進(jìn)展的風(fēng)險(xiǎn)具有良好的預(yù)測(cè)價(jià)值。
作者隨后評(píng)估了PME-O中40個(gè)蛋白和PME-P中52個(gè)蛋白對(duì)HCC發(fā)生和進(jìn)展的影響，結(jié)果顯示進(jìn)展蛋白對(duì)HCC的發(fā)生影響微弱，發(fā)生蛋白對(duì)進(jìn)展的影響也較弱（圖3M和N），意味著影響發(fā)生和進(jìn)展的蛋白在組成和功能上都有所不同，即HCC的發(fā)生和進(jìn)展是完全不同的階段，說(shuō)明需要不同的預(yù)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(guò)程。使用共識(shí)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(gè)蛋白中（圖4F-U），有10個(gè)蛋白可以被認(rèn)為是潛在的靶點(diǎn)（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(biāo)
相比于對(duì)照組，PME中顯示出更高的TYMP豐度（圖5A），而TYMP mRNA的表達(dá)在兩組之間沒(méi)有顯著差異。TYMP的表達(dá)與診斷（圖5B）、預(yù)后（圖5C）及臨床參數(shù)（圖5D-K）顯著相關(guān)。此外，TYMP與在PME中顯示微血管密度上調(diào)的指標(biāo)PECAM1顯著相關(guān)（圖5L-O），并與腫瘤的大小和預(yù)后呈正相關(guān)（圖5P-Q）。
作者在小鼠模型中驗(yàn)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(duì)體重沒(méi)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(guān)。此外，TYMP抑制劑TPI在24h和48h時(shí)對(duì)HCC細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖均無(wú)顯著影響，表明該抑制劑針對(duì)的是腫瘤微環(huán)境，而不是腫瘤細(xì)胞（圖6H）。這些數(shù)據(jù)為T(mén)YMP可以作為HCC的抗血管生成靶點(diǎn)提供了證據(jù)。
為了研究TYMP在HCC血管生成中的作用機(jī)制，作者分析了血管生成中兩種不同的信號(hào)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(guò)該通路促進(jìn)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(gè)潛在靶點(diǎn)。
總結(jié)
在本研究中，作者提出了一個(gè)新的概念，PME，它是基于人類HCC的蛋白質(zhì)組學(xué)特征。相比于以往關(guān)注TME的研究只能探索HCC的進(jìn)展，PME涉及HCC發(fā)生和進(jìn)展的整個(gè)過(guò)程。該研究結(jié)果揭示腫瘤的發(fā)生和進(jìn)展的過(guò)程在蛋白質(zhì)組的組成和功能方面有很大的差異。進(jìn)展蛋白對(duì)HCC的發(fā)生的影響和發(fā)生蛋白對(duì)進(jìn)展的影響均弱，提示不同的HCC的不同階段都需要進(jìn)行不同的預(yù)防或治療策略。這種基于HCC PME的新分類方法，可以更準(zhǔn)確地反映HCC的多種特征，從而可以促進(jìn)癌癥研究的新進(jìn)展。總的來(lái)說(shuō)，PME的新知識(shí)將使癌癥生物學(xué)、診斷和治療方面的新進(jìn)展成為可能。
很長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)，生信發(fā)文量一直都是轉(zhuǎn)錄組跑在前面，蛋白質(zhì)組的潛力被極大的低估了，就像該研究中蛋白質(zhì)組的TYMP豐度在PME中顯著增高，而mRNA的表達(dá)水平卻與正常肝臟無(wú)顯著差異。那么如果只在轉(zhuǎn)錄水平研究HCC PME的話，無(wú)疑就漏掉了TYMP這么一個(gè)有意義的靶點(diǎn)！啊這是多么痛的領(lǐng)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(gè)性化挖掘的小伙伴，請(qǐng)聯(lián)系我們，讓蛋白組學(xué)數(shù)據(jù)的價(jià)值實(shí)現(xiàn)最大化。
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