蛋白組學有望驅動精準醫學

文/本刊記者 郭瀟雅

通過測量蛋白實現腫瘤分子分型，進而確定腫瘤治療的靶標。蛋白組學使人們看到了下個精準醫學時代的曙光。

自21世紀以來，生命科學各類計劃一直由歐美國家主導，由美國牽頭的人類腫瘤基因組計劃（TCGA），在過去十幾年里描繪了數十種腫瘤的基因組變異圖譜，為人類對癌癥的理解作出了巨大的貢獻，也催生了美國的“精準醫療計劃”和“腫瘤登月計劃”。和基因相比，蛋白質作為生命活動的執行者，與疾病有更直接的關聯，而作為“后基因組”時代的蛋白質組學在中國的發展一直與國際齊頭并進。

2018年3月8日，國際著名學術期刊《自然·通訊》在線發表了由軍事科學院軍事醫學研究院與北京大學腫瘤醫院（以下簡稱“北大腫瘤”）共同開展的“彌漫型胃癌蛋白質組研究”最新成果，標志著“中國人類蛋白質組計劃”在國際上沖出了基因組壟斷的重圍，以蛋白質組分型為主要參照標準預示著“蛋白質組驅動的精準醫學時代”的到來。

西湖高等研究院研究員郭天南評價道，胃癌在全球腫瘤死亡因素中排名第三。我國是胃癌發病和死亡的重災區，每年新發病例約為68萬例，占全球發病病例的一半左右。這項研究對亞洲發病率相對較高的胃癌蛋白質組進行了最詳盡的分析，是近年來國際癌癥蛋白質組領域最新成果，也是我國臨床蛋白質組學迄今為止取得的最好成果。

科研艱辛

目前胃癌在臨床應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特點來分型；病理分型包括Lauren分型和WHO分型，是根據顯微鏡下的形態學特點來分型。在臨床實踐中，胃癌真正的差異絕不僅僅是這兩種分型，就能把其所有形態都覆蓋的，需要進一步進行分子分型。

同時，在整個分子調控網絡里，不單純有基因，還包括轉錄組和蛋白組，基因突變后通過轉錄，再翻譯成蛋白質最終行使功能，只有蛋白質能體現出基因的功能性。況且，目前癌癥用藥主要依據蛋白水平，單純依靠基因是沒有意義的，如靶向藥物赫賽汀的使用，要先看患者her2蛋白有沒有表達，再結合基因水平來用藥。因此，醫學界需要在蛋白這個更高級的維度上理解腫瘤，揭示更接近臨床真實的腫瘤分子機制，尋找治療靶標。

2011年，彌漫型胃癌蛋白質組研究正式拉開帷幕。北大腫瘤副院長沈琳教授告訴記者，在基因組學遭遇瓶頸的時代，中國率先開展了蛋白組學的研究。然而，當時國際上沒有相關文獻支持，所以，該研究能否成功對于每個科研人員來說都是未知數。在研究初期，科研團隊遇到了很多難題，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，胃癌的樣本數量巨大，彌漫型胃癌僅占總樣本的30%左右，篩選耗費了科研人員較多的時間和精力。在此情況下，科研團隊得到了北大腫瘤病理科同仁的大力支持，提供了專業的指導和無私的協助。

又如，蛋白質容易降解，與擁有堅固雙螺旋結構的DNA相比，蛋白質在同等儲存條件下非常不穩定，所以最初提取的大部分樣本沒有實驗成功。好在科研團隊得到了北大腫瘤標本庫的鼎力幫助，不僅提供了大批新鮮蛋白組織，而且改進了科研團隊的樣本提取方法、運輸冷鏈等，大大提高了成功率。

北大腫瘤消化腫瘤內科醫師葛賽對記者說道，在各方的幫助下，該項研究搜集了2012年12月至2015年7月在北大腫瘤進行手術的2451例胃癌樣品，篩選得到84對滿足研究要求的癌和配對的癌旁組織。自此，科研團隊開啟了繪制國際首個彌漫型胃癌蛋白質組學圖譜和腫瘤驅動基因變異圖譜的征程。到2016年6月，科研團隊基本完成了84對樣品的質譜測量工作，共鑒定到11340個不同的基因產物，這些蛋白質覆蓋了腫瘤細胞及腫瘤微環境中所有可能表達的蛋白。

在數據分析過程中，適逢中國學者歷時5年建立的國際首個一站式蛋白質組數據分析云平臺Firmiana正式運行，該平臺催生了胃癌表達譜分子分型工作流、候選藥物靶標分析工作流和基因變異與蛋白關聯分析工作流的建立，極大地推動了該項研究。

成果豐碩

2017年，科研團隊欣喜地發現，僅對84對胃癌與癌旁組織全蛋白表達譜進行聚類分析，就可以將彌漫型胃癌分為三個分子亞型（PX1～3），而且這三個亞型與生存預后和化療敏感性密切相關。

沈琳表示，這是世界上第一次實現在蛋白層面上對腫瘤進行分子分型，其中PX1型（細胞周期型），總生存時間最長；PX2型 (上皮-間充質轉化型)，生存預后介于PX1和PX3之間；PX3（免疫通路富集型）患者腫瘤組織高表達，蛋白富集在免疫響應相關通路和EMT相關蛋白上，總生存時間最短，并且該組患者對化療不敏感。令人激動的是，此次蛋白分型不依賴于任何基因組信息，體現出作為功能直接執行者的蛋白質，在臨床科學中所提供信息的重要性和全面性。

進一步研究后，科研團隊篩選出23個與預后相關的胃癌候選蛋白藥物靶標，并提示彌漫型胃癌在以下四個通路最有可能找到治療靶標：經典的腫瘤生長通路、代謝和氧化應激過程、細胞黏附和侵襲過程以及腫瘤和腫瘤微環境中的免疫調控。

北京大學腫瘤醫院腫瘤副院長沈琳教授。

同時，科研團隊還針對目前熱度較高的腫瘤免疫治療“地形圖”進行了詳盡的分析。發現最近研究火熱的PD-L1/PD1在彌漫型胃癌中鮮有表達，不太可能適合用作彌漫型胃癌的治療靶標，而包括IDO1、ARG1和CD47/SIRPA等在內的多種免疫相關蛋白在彌漫型胃癌中表達較高，尤其是在PX3腫瘤組織中顯著高表達，且表達量與生存時間顯著負相關，有可能作為免疫治療的候選靶標。研究提示，腫瘤的臨床試驗要利用相應的標志物，須篩選患者入組以提高臨床試驗的成功率。

此外，科研團隊定向檢測了276個腫瘤Driver基因的突變，發現183個基因能檢出突變。令人吃驚的是，研究發現有13%（25/183）基因雖可以檢測到突變，但在癌與癌旁中均未檢測到其蛋白表達，在幾例患者的樣品中，研究人員可以檢測到著名的KRAS和NRAS“激活”突變，在癌旁也可以檢測到蛋白，但在癌中卻檢測不到KRAS或NRAS蛋白。這說明基于基因測序作指導的精準醫療，在這些患者中或許會出問題，因為治療的蛋白靶點在腫瘤中是不存在的。

“彌漫型胃癌蛋白質組研究”可謂成果豐碩，但在葛賽看來，還有許多值得深入探討的地方。談及下一步的科研方向，葛賽說道，今后將把該項目擴展到所有胃癌患者并細化分類，比較與現有分型的差異，通過大量的基礎生物學實驗，來尋求依靠蛋白指導用藥的方法。