胡婷婷 胡維博綜述 史 健審校
目前腫瘤標(biāo)志物的檢驗技術(shù)有三大類:生物化學(xué)、免疫學(xué)、分子生物學(xué)方法。免疫法中放射免疫測定(RIA),酶聯(lián)免疫測定(ELISA)和免疫熒光測定(IFA)在臨床中最常用,近年來雙向電泳(2-DE)、PCR、生物芯片、FISH、表面增強激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜( SELDI-TOF-MS)等各項新的技術(shù)迅速發(fā)展。理想的腫瘤標(biāo)志物應(yīng)具有敏感性及特異性高、器官特異性好、半衰期短等特點,而檢測方法應(yīng)精密程度、準(zhǔn)確性高,易操作,價格低廉[1]。本文將對蛋白組學(xué)技術(shù)在腫瘤中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。
應(yīng)用雙向電泳聯(lián)用質(zhì)譜技術(shù),蛋白組學(xué)規(guī)?;貙ふ叶鄠€與腫瘤相關(guān)的蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)群,并對其進(jìn)行定性、定量分析,從整體網(wǎng)絡(luò)水平了解細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,提示腫瘤發(fā)病機制,發(fā)現(xiàn)腫瘤早期篩選檢測和治療的標(biāo)志物,必將更科學(xué)地指導(dǎo)分子診斷、基因治療,為攻克惡性腫瘤提供更有利的技術(shù)支撐。
惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中,蛋白譜必然會發(fā)生一系列變化。腫瘤蛋白質(zhì)組學(xué)主要是通過尋找腫瘤組織或細(xì)胞系、血漿與正常樣品之間的差異蛋白,初步篩選出與腫瘤相關(guān)蛋白質(zhì),并后續(xù)應(yīng)用免疫組化、Western、基因轉(zhuǎn)染后確定其表達(dá)的差異,通過PCR等技術(shù)進(jìn)行驗證,并在早期診斷、細(xì)胞凋亡及耐藥性、 轉(zhuǎn)移機制、監(jiān)測療效和預(yù)后方面進(jìn)行廣泛而深入地研究,我們將著重介紹其在腫瘤細(xì)胞株中的研究情況。
病理診斷是惡性腫瘤診斷的重要依據(jù),但惡性腫瘤依靠影像學(xué)及病理診斷時多數(shù)已到晚期,目前臨床上多通過腫瘤標(biāo)志物的檢測來對早期惡性腫瘤進(jìn)行普查、鑒別良惡性疾病。在早期發(fā)現(xiàn)惡性腫瘤方面,腫瘤標(biāo)志物的檢測擁有獨特的優(yōu)勢。很多有效的診斷標(biāo)志物存在于蛋白質(zhì)譜(包括差異表達(dá)譜、修飾譜)中,并能有效地指導(dǎo)治療,因此蛋白組學(xué)對于發(fā)現(xiàn)惡性腫瘤各個病種特異性標(biāo)志蛋白,為疾病的早期診斷、個體化治療提供更好的技術(shù)平臺[2,3]。
在乳腺癌的研究中,Belluco等[4]已建立起早期患者診斷的蛋白圖譜。Li等[5]通過對比乳腺癌及乳腺良性疾病患者的蛋白質(zhì)表達(dá),發(fā)現(xiàn)BC1、BC2、BC3在區(qū)分良惡性乳腺疾病方面具有特異性,并在后續(xù)的試驗中證實,BC2、BC3分別為補體C3a及其片段。Alexander等[6]發(fā)現(xiàn)巨囊性病液狀蛋白(GCDFP-15)、載脂蛋白D(apoD)和α1-酸性糖蛋白(AAG)在乳腺癌患者中呈正調(diào)節(jié),且與良性乳腺疾病相比,乳腺癌患者的GCDFP-15水平顯著下降,AAG 水平升高,而apoD 則沒有顯著差異。
王平等鑒定出了包括ATP合成酶、組織蛋白酶、熱休克蛋白60、氯離子通道蛋白、乙二醛酶、異質(zhì)核核糖蛋白A、異質(zhì)核核糖蛋白AZ/BI和KH型剪切調(diào)控蛋白等22種與胃癌相關(guān)的蛋白質(zhì)。
宋大平等[7]通過亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)蛋白提取法,對比HPV陽性的宮頸永生化細(xì)胞及宮頸癌細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)8個可能參與癌前病變向癌轉(zhuǎn)化的差異蛋白,其中3個在宮頸癌細(xì)胞株中上調(diào),1 個明顯下調(diào),2個缺失,另外 2個在永生化細(xì)胞株缺失,遺憾的是未行差異蛋白的驗證。
賈小芳等[8]在應(yīng)用蛋白組學(xué)技術(shù),研究人鼻咽癌細(xì)胞系(HNE1和CNE1)與永生化的鼻咽上皮細(xì)胞系時鑒定出33個蛋白質(zhì),其中15個在腫瘤細(xì)胞中上調(diào),18個下調(diào),并通過免疫印跡證實與細(xì)胞的增殖、凋亡、腫瘤的轉(zhuǎn)移等相關(guān)。
眾所周知,腫瘤的侵襲、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤的生物學(xué)特性,是腫瘤患者死亡的主要原因。研究惡性腫瘤的轉(zhuǎn)移機制,并適當(dāng)干預(yù),甚至達(dá)到逆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移,對改善預(yù)后具有重要意義。
臨床前期研究證明,Hsp27是涉及細(xì)胞骨架的穩(wěn)定,耐藥性的產(chǎn)生,細(xì)胞凋亡等的1種重要蛋白,其在乳腺癌患者中過表達(dá)能增加乳腺癌細(xì)胞的侵襲及轉(zhuǎn)移能力。陳棟等[9]以Hsp27高表達(dá)的乳腺癌細(xì)胞株MCF-7為親本,通過質(zhì)粒轉(zhuǎn)染技術(shù),分別導(dǎo)入靶向shRNA敲減載體和對照空載體,分別構(gòu)建成穩(wěn)定的細(xì)胞系即對照細(xì)胞株( Hsp27-KD-NC 細(xì)胞株) 和Hsp27敲減細(xì)胞株( Hsp27-KD 細(xì)胞株),進(jìn)行免疫印記鑒定Hsp27的表達(dá)量,然后應(yīng)用雙向凝膠電泳及MALDI-TOF-TOF質(zhì)譜分析技術(shù)鑒定出7個差異蛋白點,其中共有4個蛋白點被定性,包含了3種蛋白質(zhì),其中2個被鑒定的是Hsp27,另外2個點分別為OVCA2(其在Hsp27-KD-3B2細(xì)胞株表達(dá)增高)和PYRG2(其在Hsp27-KD-3B2細(xì)胞株表達(dá)降低),這2種蛋白首次被證實其表達(dá)受 Hsp27的影響。
朱文等[10]比較了人高轉(zhuǎn)移大細(xì)胞肺癌細(xì)胞株L9981和人低轉(zhuǎn)移大細(xì)胞肺癌細(xì)胞NL9980,有15個蛋白質(zhì)點僅在L9981中出現(xiàn),有27個蛋白質(zhì)點僅在NL9980中出現(xiàn)。
國內(nèi)外研究證實,nm23-H1基因作為1種腫瘤轉(zhuǎn)移抑制基因,其缺失常伴有侵襲相關(guān)分子如E-cadherin,integrin,selectin,VEGF等異常表達(dá),導(dǎo)致肺癌的高轉(zhuǎn)移性和預(yù)后差。鄧幼林等[11]發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)染抑癌基因nm23-H1后,原代人高轉(zhuǎn)移大細(xì)胞肺癌細(xì)胞株L9981中6個蛋白缺失,17個新的蛋白表達(dá),5個上調(diào),8個下調(diào)。這種變化與之前周清華等[12]發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)基因人高轉(zhuǎn)移大細(xì)胞肺癌細(xì)胞株(L9981 nm23-H1)中β-catenin、E-cadherin、TIMP-1、CD44S 基因mRNA和蛋白轉(zhuǎn)錄表達(dá)顯著上調(diào),而MMP-2、MMP-9、CD44V6、VEGF、E-seletion基因mRNA和蛋白轉(zhuǎn)錄表達(dá)顯著下調(diào)可能有相關(guān)性。
馮燕國等[13]驗證了在小細(xì)胞肺癌中存在膜聯(lián)蛋白A1 ( Annexins A1),可能引起細(xì)胞集落形成能力增強以及細(xì)胞間黏附能力減弱,從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的發(fā)生。而劉迎福等[14]則進(jìn)一步在肺腺癌中驗證annexin A1,annexin A2,annexin A3,B23和S100A9等蛋白與轉(zhuǎn)移相關(guān)。
李群等[15]通過比較人高低轉(zhuǎn)移性前列腺癌細(xì)胞株,鑒定出11種蛋白質(zhì),其中9種僅在低轉(zhuǎn)移性細(xì)胞株中表達(dá),另外2種僅在高轉(zhuǎn)移性細(xì)胞株中表達(dá),涉及到的蛋白種類可分為結(jié)合蛋白、凋亡相關(guān)蛋白、細(xì)胞骨架蛋白及具有磷脂酶C活性的蛋白、具有運載體活性的蛋白,尤其推測其中名為78000 glucose-regulated protein precursor的蛋白與前列腺癌的轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。
孫成榮等研究高低淋巴道轉(zhuǎn)移性肝癌細(xì)胞株,鑒定出168種可能與淋巴道轉(zhuǎn)移相關(guān)的差異蛋白,涉及代謝及信號傳導(dǎo)通路等因素。
在鼻咽癌轉(zhuǎn)移標(biāo)志物研究中,通過研究高低轉(zhuǎn)移性鼻咽癌細(xì)胞系的差異蛋白,陳麗霞等[16]發(fā)現(xiàn)了6種可能與轉(zhuǎn)移相關(guān)的蛋白:丙酮酸激酶、β肌動蛋白、20s蛋白酶體、腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶、蛋白酶β-6亞基和血小板活化因子乙酰水解酶,并應(yīng)用免疫組化技術(shù)驗證,丙酮酸激酶在高分化鼻咽癌細(xì)胞株中明顯高于在低分化細(xì)胞株中。
研究資料表明,腫瘤細(xì)胞多藥耐藥性的產(chǎn)生,導(dǎo)致化療失敗,是造成腫瘤患者侵襲及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移,死亡率升高的重要因素。既往對腫瘤細(xì)胞多藥耐藥性產(chǎn)生機制的研究大多是從某個或某幾個基因出發(fā)的,且大多集中于DNA、RNA的水平;然而有研究者指出,基因的mRNA表達(dá)水平與翻譯后蛋白質(zhì)表達(dá)水平之間的相關(guān)性為0.4~0.5,而蛋白質(zhì)組學(xué)的技術(shù)解決了經(jīng)蛋白質(zhì)翻譯后加工和修飾以及它們的亞細(xì)胞分布情況等問題,從而使得在蛋白質(zhì)整體水平上來揭示腫瘤多藥耐藥的詳細(xì)分子機制成為可能。
紫杉醇(Taxol,TAX)作為治療婦科惡性腫瘤如乳腺癌、卵巢癌的重要化療藥物,張正華等[17]以MCF-7及其紫杉醇耐藥株MCF-7/Taxol細(xì)胞株為靶細(xì)胞,應(yīng)用親和免疫磁珠層析法獲得紫杉醇的結(jié)合蛋白,通過SDS-PAGE電泳、LC-MS/MS分析、Western blot驗證差異條帶中有HSP90、Dermcidin Precursor、Actinin,可能為抗腫瘤藥物的研究尋找新的蛋白靶點、發(fā)現(xiàn)新的腫瘤耐藥機制。張永亮等篩選出初步定性的蛋白:1,6-二磷酸酶、膜聯(lián)蛋白A2、β-促性腺激素和Ras相關(guān)核蛋白,分別涉及腫瘤轉(zhuǎn)移、能量代謝、細(xì)胞增殖等相關(guān)環(huán)節(jié)。
Smith等[18]通過對比 MCF-7乳腺癌細(xì)胞組和順鉑耐藥組,應(yīng)用MALDI-TOF-MS技術(shù)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)在順鉑耐藥組,細(xì)胞角蛋白17、熱休克蛋白、核糖體蛋白等9種蛋白低表達(dá),基質(zhì)金屬蛋白酶9、β1蛋白酶體等6 種蛋白高表達(dá),這些生物學(xué)標(biāo)記物有待進(jìn)一步臨床驗證。
在肺癌細(xì)胞多藥耐藥性的研究中,有學(xué)者驗證出肺腺癌對順鉑耐藥性的產(chǎn)生與Heat shock protein beta27,ArmexinA2,Cofilin-1,Histone-H4,Triosephosphate isomerase,Peroxinredoxin-4,Vimentin,Proteasome subunit alphatype6,fatty acid-binding proteins,Elongation factor-1等蛋白密切相關(guān)。孫強玲等[19]通過熒光差異凝膠電泳,研究紫杉醇耐藥及敏感細(xì)胞株,鑒定出了涉及代謝酶類、細(xì)胞外基質(zhì)降解酶類、黏附分子、細(xì)胞因子和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等19種蛋白。
有學(xué)者在卵巢癌細(xì)胞株順鉑耐藥性的研究方面,提出了14-3-3σ,14-3-3ζ和hNASP,并應(yīng)用Western blot獲得了前者免疫印記圖譜,后續(xù)仍需進(jìn)一步驗證。周莉等[20]研究掌葉半夏總蛋白對卵巢癌細(xì)胞的影響,構(gòu)建了清晰、重復(fù)性好的蛋白圖譜,并分析出550個差異蛋白點,為研究中藥抗癌提供了新的思路。
甲氨蝶呤為治療絨癌的首選化療藥物,馬海鷗等[21]建立了人絨癌耐藥細(xì)胞株JAR /MTX蛋白質(zhì)組雙向凝膠電泳圖譜,并分析鑒定出1種細(xì)胞骨架相關(guān)蛋白:埃茲蛋白(ezrin),并推測此種蛋白過量表達(dá)可能抑制腫瘤細(xì)胞凋亡,促進(jìn)浸潤、轉(zhuǎn)移。
田浪等[22]對阿霉素耐藥的肝癌細(xì)胞株HepG2研究,發(fā)現(xiàn)了45個差異蛋白點,其中在HepG2/ADM中有7個特異性表達(dá),25個上調(diào),9個下調(diào),在HepG2細(xì)胞株中有4個蛋白點特異性表達(dá)。
在食管癌的前期研究中,F(xiàn)erdous等[23]發(fā)現(xiàn)了β-原肌球蛋白(TMβ)、熱休克蛋白70(HSP70)、鈣磷脂結(jié)合蛋白Ⅰ(annexin Ⅰ)、鈣網(wǎng)織蛋白(calreticulin)和肌球蛋白一些亞型的表達(dá)失調(diào)可以作為多種消化系統(tǒng)腫瘤的分子標(biāo)志物。其后Norihisa等[24]發(fā)現(xiàn)谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶-3(TGM-3)與患者生存率正相關(guān),并應(yīng)用免疫組化進(jìn)行了驗證。
從細(xì)胞周期的角度研究增殖活性與腫瘤的發(fā)生及發(fā)展是近年研究的熱點。正常細(xì)胞癌變是細(xì)胞過度增殖、凋亡減少與分化受阻的結(jié)果。前期研究已構(gòu)建了清晰、重復(fù)性好的肝癌細(xì)胞株HepG2在G1期的蛋白圖譜。前期研究發(fā)現(xiàn)2個卵巢癌中的候選的腫瘤抑制因子OVCA1和OVCA2,可能作為1種具有重要生理作用的旁分泌型的激素,參與細(xì)胞凋亡過程。而PYRG2編碼CTP合成酶2,是CTP合成中的限速酶,在許多生長旺盛的癌細(xì)胞中,這些酶的活性是升高的,因此近年來CTP合成酶是許多癌癥治療的1個靶點,遺憾的是尚未有HSP27影響CTP-2合成機制的研究。
此外,前列腺癌治療的失敗主要是因為由激素依賴期發(fā)展為非依賴期,進(jìn)而發(fā)展為激素難治期,導(dǎo)致內(nèi)分泌治療無效。王軒久等[25]對這一轉(zhuǎn)化的機制進(jìn)行了蛋白組學(xué)的研究,鑒定出41個3倍差異點及對應(yīng)著3種蛋白質(zhì)的10個完全差異點,完全差異點中有1個已知蛋白質(zhì)是KIAA1283蛋白質(zhì),具有載脂蛋白功能;另外首次發(fā)現(xiàn)了2個未命名蛋白,有待于進(jìn)一步研究驗證。
腫瘤標(biāo)志物在檢測水平上分為血清、細(xì)胞、分子與遺傳標(biāo)志物?,F(xiàn)有的檢測方法都存在靈敏度差的問題,多數(shù)都是在發(fā)生某些癥狀和體征后才發(fā)現(xiàn),難以早期發(fā)現(xiàn)某些腫瘤標(biāo)志物異常,或是難以進(jìn)行高通量的檢測、或因檢測方法價格昂貴難以廣泛用于臨床,導(dǎo)致患者明確診斷時多屬晚期,預(yù)后差。
蛋白組學(xué)區(qū)別于其它檢測方法,在于其摒棄其它檢測方法每次僅可檢驗單一腫瘤標(biāo)志物的局限性;且其它方法針對部分與腫瘤相關(guān)的抗原進(jìn)行檢測,往往敏感度和特異性差,且具有假陽性、假陰性。多變量分析的蛋白質(zhì)組學(xué)應(yīng)用被認(rèn)為在臨床應(yīng)用中更有意義。
蛋白組學(xué)相對比其它免疫學(xué)檢測方法而言,是1種新的高通量的技術(shù)手段,具有上樣量少,可檢出微量蛋白,敏感度、特異性更高的特點,能動態(tài)、整體、定量的觀察腫瘤發(fā)生的過程,通過與正常細(xì)胞、組織等相對比,得出疾病相關(guān)特異性蛋白質(zhì),這對惡性腫瘤的診斷、治療的指導(dǎo)更有針對性、靶向性、個體化。
總之,目前蛋白質(zhì)組學(xué)在篩選腫瘤標(biāo)志物方面占有重要地位,特別是初步篩選腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移相關(guān)蛋白及耐藥相關(guān)蛋白,為逆轉(zhuǎn)腫瘤細(xì)胞浸潤轉(zhuǎn)移,準(zhǔn)確選擇有效藥物提供新的思路;而亞細(xì)胞器的分離及蛋白純化技術(shù)的大力支撐,使取材更加具有針對性;再加上基因轉(zhuǎn)染技術(shù)、免疫印記、免疫組化、聚合酶鏈反應(yīng)等其它科研方法,必將是人類解釋腫瘤規(guī)律,從而攻克腫瘤的新希望。但蛋白組學(xué)技術(shù)具有價格昂貴、樣品的分離和提純技術(shù)要求高、對操作人員技術(shù)水平的要求、受限于圖像分析方法等特點,在廣泛臨床應(yīng)用中還存在很多問題,仍有待于進(jìn)一步解決。
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