標(biāo)題：Integrated Proteomic and N-Glycoproteomic Analyses of Human Breast Cancer（IF =4.466）

時(shí)間：2020.08

研究背景

乳腺癌是女性常見(jiàn)的惡性腫瘤之一。目前，乳腺癌的診斷方法主要包括影像學(xué)檢查和組織細(xì)胞學(xué)檢查。治療方法包括傳統(tǒng)的手術(shù)治療、化療、放療和針對(duì)生物標(biāo)志物的新開發(fā)藥物，以及基因治療。但早期的診斷和準(zhǔn)確預(yù)后仍非常具有挑戰(zhàn)性，且具有很大需求?；诟咄拷M學(xué)數(shù)據(jù)的個(gè)性化與精準(zhǔn)醫(yī)療在癌癥研究中顯示出巨大的潛力。通過(guò)獲取基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)等系統(tǒng)數(shù)據(jù)，可勾勒出單個(gè)患者的分子圖譜，進(jìn)行定制化治療。作為蛋白質(zhì)分析的有力工具，基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學(xué)已廣泛應(yīng)用于各種生物學(xué)研究，包括大規(guī)模蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)翻譯后修飾表征。研究表明，蛋白質(zhì)組學(xué)和磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)能夠?qū)θ橄侔?、肝癌和結(jié)腸癌進(jìn)行分型。然而，癌旁組織和其他翻譯修飾的變化卻鮮為人知。作為最常見(jiàn)的翻譯修飾之一，N -糖基化與腫瘤發(fā)生、腫瘤轉(zhuǎn)移、診斷、預(yù)后和藥物反應(yīng)密切相關(guān)。因此，癌旁組織蛋白組和N-糖基化的分析對(duì)于加深乳腺癌的認(rèn)識(shí)、發(fā)現(xiàn)新的生物標(biāo)志物和藥物靶點(diǎn)具有巨大的潛力。

文章重點(diǎn)

使用數(shù)據(jù)非依賴性的掃描模式(Data-independent acquisition, DIA)定量蛋白質(zhì)組學(xué)策略來(lái)測(cè)量癌組織、癌旁組織和遠(yuǎn)端正常組織之間的蛋白質(zhì)組學(xué)變化。發(fā)現(xiàn)癌癥組織中蛋白質(zhì)生物合成通路和癌旁組織中的血管生成和補(bǔ)體通路等一些關(guān)鍵通路被顯著激活。N?-糖蛋白組揭示了癌癥中的N?-糖基化標(biāo)志物。并在新一批患者的樣本中進(jìn)一步驗(yàn)證了選定的標(biāo)志物。癌旁組織蛋白組和N-糖蛋白組學(xué)這兩個(gè)數(shù)據(jù)集是對(duì)癌組織常規(guī)蛋白質(zhì)組學(xué)分析的重要補(bǔ)充。二者的結(jié)合提供了更精確的乳腺癌分子信息，有助于準(zhǔn)確定義乳腺癌，為個(gè)體患者的診斷和治療提供有價(jià)值的信息。

技術(shù)路線

結(jié)果速遞

1.人乳腺癌的定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析

采用數(shù)據(jù)獨(dú)立采集（DIA）質(zhì)譜法對(duì)樣品進(jìn)行定量測(cè)量。共有5188個(gè)蛋白質(zhì)被定量。其中有3245蛋白質(zhì)可以在三種樣本組織類型（癌組織、癌旁組織和遠(yuǎn)端正常組織）中檢測(cè)到。87、137和900個(gè)蛋白分別僅在正常組織、癌旁組織和癌變組織中檢測(cè)到。PCA分析表明，三種組織類型的蛋白質(zhì)組學(xué)分析都可以很好地分離出來(lái)，差異分析火山圖顯示，三組比較中分別有627、554和1個(gè)上調(diào)蛋白；410、274和24個(gè)下調(diào)蛋白。

聚類圖根據(jù)三種樣本組織類型之間的蛋白表達(dá)模式，將豐度變化的蛋白分為6類。簇5中的蛋白在癌癥組織中特異性高表達(dá)。簇2在癌癥組織中蛋白質(zhì)低表達(dá)。癌旁組織中的蛋白質(zhì)多表現(xiàn)為中間狀態(tài)。簇2和簇5中的癌旁組織中蛋白與正常組織更為相似，而簇1和簇4中的癌旁蛋白與癌癥組織的蛋白更相似。簇5和簇6包含癌旁組織特征蛋白，數(shù)據(jù)顯示這些蛋白質(zhì)只在癌旁組織中是增加或減少的。

對(duì)不同聚簇中的蛋白質(zhì)的進(jìn)行功能注釋。疾病分析顯示，癌癥相關(guān)疾病在第5簇中顯著富集，其中的蛋白質(zhì)在癌癥組織中特異性高表達(dá)。由于癌細(xì)胞的特征是一個(gè)不受控制的細(xì)胞周期和過(guò)度活躍的細(xì)胞增殖，因此產(chǎn)生新細(xì)胞的構(gòu)建機(jī)制是被極度激活的，其中主要包括RNA和蛋白質(zhì)。例如，RNA的加工和剪接、蛋白質(zhì)的合成和相關(guān)的EIF2被發(fā)現(xiàn)在簇4和簇5中高度富集。因此，簇5蛋白最好地代表了癌變蛋白。簇3包含了癌旁組織的富集蛋白，與補(bǔ)體途徑、血管生成、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和遷移高度相關(guān)。癌旁組織是腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移開始的地方。其進(jìn)展高度依賴于血管生成和細(xì)胞遷移。癌癥中補(bǔ)體系統(tǒng)的異常激活與癌癥免疫治療中的炎癥和反應(yīng)的抑制密切相關(guān)。數(shù)據(jù)顯示，補(bǔ)體通路主要在癌旁組織中被激活。定量蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)提供了不同組織的不同功能景觀，揭示了相關(guān)的基本生物學(xué)途徑，并強(qiáng)調(diào)了癌旁組織在腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移中的作用。

2.人乳腺癌的N-糖蛋白質(zhì)組學(xué)定量分析

使用10對(duì)癌癥和正常組織進(jìn)行N糖蛋白質(zhì)組學(xué)分析，兩種組織的比較得到614個(gè)表達(dá)上調(diào)，195個(gè)表達(dá)下調(diào)。對(duì)相同的10對(duì)組織的蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)與N糖蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。通過(guò)比較兩個(gè)數(shù)據(jù)集的共同蛋白，發(fā)現(xiàn)糖基化蛋白有降低蛋白質(zhì)豐度的趨勢(shì)。癌癥組織中的糖基化水平普遍增加。對(duì)132個(gè)豐度改變的N-糖位點(diǎn)的蛋白質(zhì)進(jìn)行功能分析，發(fā)現(xiàn)N-糖基化的變化與細(xì)胞外成分、血管生成、細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)和遷移有關(guān)，顯示出許多與蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)果相似的功能。乳腺癌是一種因糖基化作用改變的疾病。N糖蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)在癌癥組織中的變化很大，可作為這種疾病的標(biāo)志物。

采用新一批11例患者的癌癥和正常組織進(jìn)行PRM驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，使用PRM方法選擇并分析了18個(gè)確定的N-糖基化標(biāo)志物。標(biāo)志物根據(jù)其在癌癥中的已知功能進(jìn)行選擇，例如：與許多癌癥有關(guān)，包括乳腺癌、前列腺癌和肺癌的生長(zhǎng)因子1受體（growth factor 1 receptor），在結(jié)直腸癌、乳腺癌和肺癌中表達(dá)上調(diào)的CUB結(jié)構(gòu)域蛋白1以及與腫瘤生長(zhǎng)、進(jìn)展和轉(zhuǎn)移有關(guān)的纖維連接蛋白等。在這18個(gè)指標(biāo)中，至少7名患者檢測(cè)到14個(gè)N-糖基化指標(biāo)。PRM數(shù)據(jù)再次證實(shí)，癌組織中所有的14個(gè)N-糖基化標(biāo)志物均增加。證明N-糖基化可以作為癌癥標(biāo)志物。

3.蛋白質(zhì)組學(xué)和N-糖-蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)合對(duì)人類乳腺癌組織進(jìn)行分類

對(duì)10例患者的蛋白質(zhì)組學(xué)和N-糖蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，除兩例HER2陽(yáng)性患者外，蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)可以大致區(qū)分癌組織和正常組織。使用N-糖基化數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，結(jié)果顯示除兩個(gè)Luminal-A患者10號(hào)和16號(hào)外，可以區(qū)分所有腫瘤組織與正常組織。腫瘤組織以糖基化水平升高為特征，所以進(jìn)一步檢測(cè)乳腺癌相關(guān)蛋白的N-糖基化變化，發(fā)現(xiàn)這些N-糖蛋白的上調(diào)與目前的分子分類階段高度一致。將蛋白質(zhì)組學(xué)和N糖蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)集合并聚類，兩種組織類型都可很好區(qū)分，不同類型的乳腺癌幾乎可以完全被分型。說(shuō)明N糖蛋白質(zhì)組學(xué)可提供組學(xué)數(shù)據(jù)類型來(lái)表征人類乳腺癌的特征和亞型。

總結(jié)

作者系統(tǒng)地分析了來(lái)自乳腺癌患者的癌組織、癌旁組織和遠(yuǎn)端非癌組織的蛋白質(zhì)組和N-糖蛋白組。不同組織類型的蛋白質(zhì)組決定了其在腫瘤發(fā)生和腫瘤進(jìn)展中的不同作用。N-糖蛋白質(zhì)組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)為理解和精準(zhǔn)分類乳腺癌疾病提供了有價(jià)值的信息。數(shù)據(jù)強(qiáng)調(diào)了癌旁組織在蛋白質(zhì)組學(xué)和N-糖蛋白質(zhì)組學(xué)的重要性。