蛋白組學(xué)有望驅(qū)動(dòng)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)

文/本刊記者 郭瀟雅

通過(guò)測(cè)量蛋白實(shí)現(xiàn)腫瘤分子分型，進(jìn)而確定腫瘤治療的靶標(biāo)。蛋白組學(xué)使人們看到了下個(gè)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時(shí)代的曙光。

自21世紀(jì)以來(lái)，生命科學(xué)各類計(jì)劃一直由歐美國(guó)家主導(dǎo)，由美國(guó)牽頭的人類腫瘤基因組計(jì)劃（TCGA），在過(guò)去十幾年里描繪了數(shù)十種腫瘤的基因組變異圖譜，為人類對(duì)癌癥的理解作出了巨大的貢獻(xiàn)，也催生了美國(guó)的“精準(zhǔn)醫(yī)療計(jì)劃”和“腫瘤登月計(jì)劃”。和基因相比，蛋白質(zhì)作為生命活動(dòng)的執(zhí)行者，與疾病有更直接的關(guān)聯(lián)，而作為“后基因組”時(shí)代的蛋白質(zhì)組學(xué)在中國(guó)的發(fā)展一直與國(guó)際齊頭并進(jìn)。

2018年3月8日，國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》在線發(fā)表了由軍事科學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院與北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院（以下簡(jiǎn)稱“北大腫瘤”）共同開(kāi)展的“彌漫型胃癌蛋白質(zhì)組研究”最新成果，標(biāo)志著“中國(guó)人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃”在國(guó)際上沖出了基因組壟斷的重圍，以蛋白質(zhì)組分型為主要參照標(biāo)準(zhǔn)預(yù)示著“蛋白質(zhì)組驅(qū)動(dòng)的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時(shí)代”的到來(lái)。

西湖高等研究院研究員郭天南評(píng)價(jià)道，胃癌在全球腫瘤死亡因素中排名第三。我國(guó)是胃癌發(fā)病和死亡的重災(zāi)區(qū)，每年新發(fā)病例約為68萬(wàn)例，占全球發(fā)病病例的一半左右。這項(xiàng)研究對(duì)亞洲發(fā)病率相對(duì)較高的胃癌蛋白質(zhì)組進(jìn)行了最詳盡的分析，是近年來(lái)國(guó)際癌癥蛋白質(zhì)組領(lǐng)域最新成果，也是我國(guó)臨床蛋白質(zhì)組學(xué)迄今為止取得的最好成果。

科研艱辛

目前胃癌在臨床應(yīng)用的分型主要是大體分型和病理分型，大體分型也叫borrmann分型，是肉眼按照腫瘤外觀生長(zhǎng)特點(diǎn)來(lái)分型；病理分型包括Lauren分型和WHO分型，是根據(jù)顯微鏡下的形態(tài)學(xué)特點(diǎn)來(lái)分型。在臨床實(shí)踐中，胃癌真正的差異絕不僅僅是這兩種分型，就能把其所有形態(tài)都覆蓋的，需要進(jìn)一步進(jìn)行分子分型。

同時(shí)，在整個(gè)分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)里，不單純有基因，還包括轉(zhuǎn)錄組和蛋白組，基因突變后通過(guò)轉(zhuǎn)錄，再翻譯成蛋白質(zhì)最終行使功能，只有蛋白質(zhì)能體現(xiàn)出基因的功能性。況且，目前癌癥用藥主要依據(jù)蛋白水平，單純依靠基因是沒(méi)有意義的，如靶向藥物赫賽汀的使用，要先看患者h(yuǎn)er2蛋白有沒(méi)有表達(dá)，再結(jié)合基因水平來(lái)用藥。因此，醫(yī)學(xué)界需要在蛋白這個(gè)更高級(jí)的維度上理解腫瘤，揭示更接近臨床真實(shí)的腫瘤分子機(jī)制，尋找治療靶標(biāo)。

2011年，彌漫型胃癌蛋白質(zhì)組研究正式拉開(kāi)帷幕。北大腫瘤副院長(zhǎng)沈琳教授告訴記者，在基因組學(xué)遭遇瓶頸的時(shí)代，中國(guó)率先開(kāi)展了蛋白組學(xué)的研究。然而，當(dāng)時(shí)國(guó)際上沒(méi)有相關(guān)文獻(xiàn)支持，所以，該研究能否成功對(duì)于每個(gè)科研人員來(lái)說(shuō)都是未知數(shù)。在研究初期，科研團(tuán)隊(duì)遇到了很多難題，但也得到了多方的幫助與支持。

例如，在篩選同質(zhì)化患者方面，必須要找到符合科研要求的分期、分型樣本。但是，胃癌的樣本數(shù)量巨大，彌漫型胃癌僅占總樣本的30%左右，篩選耗費(fèi)了科研人員較多的時(shí)間和精力。在此情況下，科研團(tuán)隊(duì)得到了北大腫瘤病理科同仁的大力支持，提供了專業(yè)的指導(dǎo)和無(wú)私的協(xié)助。

又如，蛋白質(zhì)容易降解，與擁有堅(jiān)固雙螺旋結(jié)構(gòu)的DNA相比，蛋白質(zhì)在同等儲(chǔ)存條件下非常不穩(wěn)定，所以最初提取的大部分樣本沒(méi)有實(shí)驗(yàn)成功。好在科研團(tuán)隊(duì)得到了北大腫瘤標(biāo)本庫(kù)的鼎力幫助，不僅提供了大批新鮮蛋白組織，而且改進(jìn)了科研團(tuán)隊(duì)的樣本提取方法、運(yùn)輸冷鏈等，大大提高了成功率。

北大腫瘤消化腫瘤內(nèi)科醫(yī)師葛賽對(duì)記者說(shuō)道，在各方的幫助下，該項(xiàng)研究搜集了2012年12月至2015年7月在北大腫瘤進(jìn)行手術(shù)的2451例胃癌樣品，篩選得到84對(duì)滿足研究要求的癌和配對(duì)的癌旁組織。自此，科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)啟了繪制國(guó)際首個(gè)彌漫型胃癌蛋白質(zhì)組學(xué)圖譜和腫瘤驅(qū)動(dòng)基因變異圖譜的征程。到2016年6月，科研團(tuán)隊(duì)基本完成了84對(duì)樣品的質(zhì)譜測(cè)量工作，共鑒定到11340個(gè)不同的基因產(chǎn)物，這些蛋白質(zhì)覆蓋了腫瘤細(xì)胞及腫瘤微環(huán)境中所有可能表達(dá)的蛋白。

在數(shù)據(jù)分析過(guò)程中，適逢中國(guó)學(xué)者歷時(shí)5年建立的國(guó)際首個(gè)一站式蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)分析云平臺(tái)Firmiana正式運(yùn)行，該平臺(tái)催生了胃癌表達(dá)譜分子分型工作流、候選藥物靶標(biāo)分析工作流和基因變異與蛋白關(guān)聯(lián)分析工作流的建立，極大地推動(dòng)了該項(xiàng)研究。

成果豐碩

2017年，科研團(tuán)隊(duì)欣喜地發(fā)現(xiàn)，僅對(duì)84對(duì)胃癌與癌旁組織全蛋白表達(dá)譜進(jìn)行聚類分析，就可以將彌漫型胃癌分為三個(gè)分子亞型（PX1～3），而且這三個(gè)亞型與生存預(yù)后和化療敏感性密切相關(guān)。

沈琳表示，這是世界上第一次實(shí)現(xiàn)在蛋白層面上對(duì)腫瘤進(jìn)行分子分型，其中PX1型（細(xì)胞周期型），總生存時(shí)間最長(zhǎng)；PX2型 (上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化型)，生存預(yù)后介于PX1和PX3之間；PX3（免疫通路富集型）患者腫瘤組織高表達(dá)，蛋白富集在免疫響應(yīng)相關(guān)通路和EMT相關(guān)蛋白上，總生存時(shí)間最短，并且該組患者對(duì)化療不敏感。令人激動(dòng)的是，此次蛋白分型不依賴于任何基因組信息，體現(xiàn)出作為功能直接執(zhí)行者的蛋白質(zhì)，在臨床科學(xué)中所提供信息的重要性和全面性。

進(jìn)一步研究后，科研團(tuán)隊(duì)篩選出23個(gè)與預(yù)后相關(guān)的胃癌候選蛋白藥物靶標(biāo)，并提示彌漫型胃癌在以下四個(gè)通路最有可能找到治療靶標(biāo)：經(jīng)典的腫瘤生長(zhǎng)通路、代謝和氧化應(yīng)激過(guò)程、細(xì)胞黏附和侵襲過(guò)程以及腫瘤和腫瘤微環(huán)境中的免疫調(diào)控。

北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院腫瘤副院長(zhǎng)沈琳教授。

同時(shí)，科研團(tuán)隊(duì)還針對(duì)目前熱度較高的腫瘤免疫治療“地形圖”進(jìn)行了詳盡的分析。發(fā)現(xiàn)最近研究火熱的PD-L1/PD1在彌漫型胃癌中鮮有表達(dá)，不太可能適合用作彌漫型胃癌的治療靶標(biāo)，而包括IDO1、ARG1和CD47/SIRPA等在內(nèi)的多種免疫相關(guān)蛋白在彌漫型胃癌中表達(dá)較高，尤其是在PX3腫瘤組織中顯著高表達(dá)，且表達(dá)量與生存時(shí)間顯著負(fù)相關(guān)，有可能作為免疫治療的候選靶標(biāo)。研究提示，腫瘤的臨床試驗(yàn)要利用相應(yīng)的標(biāo)志物，須篩選患者入組以提高臨床試驗(yàn)的成功率。

此外，科研團(tuán)隊(duì)定向檢測(cè)了276個(gè)腫瘤Driver基因的突變，發(fā)現(xiàn)183個(gè)基因能檢出突變。令人吃驚的是，研究發(fā)現(xiàn)有13%（25/183）基因雖可以檢測(cè)到突變，但在癌與癌旁中均未檢測(cè)到其蛋白表達(dá)，在幾例患者的樣品中，研究人員可以檢測(cè)到著名的KRAS和NRAS“激活”突變，在癌旁也可以檢測(cè)到蛋白，但在癌中卻檢測(cè)不到KRAS或NRAS蛋白。這說(shuō)明基于基因測(cè)序作指導(dǎo)的精準(zhǔn)醫(yī)療，在這些患者中或許會(huì)出問(wèn)題，因?yàn)橹委煹牡鞍装悬c(diǎn)在腫瘤中是不存在的。

“彌漫型胃癌蛋白質(zhì)組研究”可謂成果豐碩，但在葛賽看來(lái)，還有許多值得深入探討的地方。談及下一步的科研方向，葛賽說(shuō)道，今后將把該項(xiàng)目擴(kuò)展到所有胃癌患者并細(xì)化分類，比較與現(xiàn)有分型的差異，通過(guò)大量的基礎(chǔ)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，來(lái)尋求依靠蛋白指導(dǎo)用藥的方法。