基于iTRAQ定量蛋白質(zhì)組學方法篩選鼻咽癌放射抗拒相關蛋白

高 勁，錢立庭，陶振超，蒲友光，周 燕，楊麗萍，何 健，楊 婧，黃一凡

基于iTRAQ定量蛋白質(zhì)組學方法篩選鼻咽癌放射抗拒相關蛋白

高 勁1，錢立庭1，陶振超1，蒲友光2，周 燕1，楊麗萍1，何 健1，楊 婧1，黃一凡1

目的 比較不同放射敏感性鼻咽癌患者血清蛋白質(zhì)表達差異，篩選出與鼻咽癌放射抗拒性相關的蛋白質(zhì)。方法提取不同放射敏感性鼻咽癌患者血清蛋白，應用核素標記相對和絕對定量（iTRAQ）技術標記蛋白，聯(lián)合液相色譜和串聯(lián)質(zhì)譜（LC-MS/MS）分離、分析肽段。采用Proteome Discoverer 1.4軟件對蛋白進行鑒定和定量分析，對獲得的差異蛋白進行GO分析。結果 共鑒定出差異表達的蛋白質(zhì)65個，其中上調(diào)34個、下調(diào)31個，GO分析顯示差異表達的蛋白質(zhì)主要涉及生物學過程調(diào)控、壓力應激反應及分解代謝等生物學過程。結論 S100A7、胰島素樣生長因子結合蛋白2、α1抗胰蛋白酶和熱休克蛋白等差異表達的蛋白質(zhì)可能與鼻咽癌放射抗拒性相關。

鼻咽癌；輻射抗拒；蛋白質(zhì)組學

鼻咽癌是我國常見惡性腫瘤之一，其主要治療方法為放射治療，輔助以化療及手術等綜合治療。早期是以單純放射治療為主，而中晚期是以放化綜合治療為主要治療手段。盡管放射治療已取得較好的療效，然而放射抗拒所致的局部失敗和遠處轉(zhuǎn)移仍較常見［1］。腫瘤細胞放射敏感性差異是導致局部復發(fā)率及殘留率高的一個重要原因。研究［2］表明當人體主要攜氧工具-血紅蛋白濃度下降時，血氧含量減少，鼻咽癌患者表現(xiàn)為放射抗拒，局部控制率明顯降低。準確地評估腫瘤放射敏感性是實行個體化方案治療至關重要的一步，也是臨床亟待解決的問題。該研究采用同位素相對標記與絕對定量標記技術（isobaric tags for relative and absolute quantitation，iTRAQ）與二維液相色譜（liquid chromatography-tandem mass spectrometry，LC-MS/MS）聯(lián)用質(zhì)譜分離鑒定技術，分析尋找與放射抗拒相關的蛋白，從而為個體化治療奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 病例資料 收集2013年8月～2015年7月于安徽醫(yī)科大學附屬省立醫(yī)院病理確診的鼻咽癌患者血清樣本40例。清晨6點空腹取靜脈血5 ml于促凝管內(nèi)，室溫放置2 h，4℃恒溫離心機2 500 r/min離心20 min，置于-80℃冰箱分裝保存。鼻咽部照射40 Gy時MRI檢查結果作為放射敏感性的評價指標，根據(jù)WHO實體瘤客觀療效評價標準，腫瘤消退＜50%定義為放射抗拒，＞50%定義為放射敏感，分為放射敏感組與放射抵抗組［3］。每組選取標本20例，兩組患者性別、年齡、分期等臨床病理因素差異無統(tǒng)計學意義。

1.2 去除高豐度蛋白 各組的20例樣本以等體積混合，采用去血清高豐度親和色譜柱Agilent Multiple Affinity Removal LC Column-Human 14去除高豐度蛋白質(zhì)，得到低豐度組分溶液。應用10 ku超濾管進行超濾濃縮，加入一倍體積的SDT裂解液，沸水浴15 min，13 400 r/min離心20 min，取上清液。采用BCA法進行蛋白質(zhì)定量。分裝樣品，-80℃保存。

1.3 SDS-PAGE電泳 各樣品取蛋白質(zhì)20 μg分別加入5×上樣緩沖液，沸水浴5 min，進行12.5% SDS-PAGE電泳（恒流14 mA、90 min），考馬斯亮藍染色。

1.4 FASP酶解 各樣品取30 μl蛋白質(zhì)溶液，分別加入DTT至終濃度為100 mmol/L，沸水浴5 min，冷卻至室溫。加入200 μl UA buffer混勻，轉(zhuǎn)入10 ku超濾離心管中，13 400 r/min離心15 min，棄濾液；加入 100 μl IAA buffer（100 mmol/L IAA in UA），600 r/min振蕩1 min，室溫避光反應30 min，13 400 r/min離心15 min；加入100 μl UA buffer，13 400 r/min離心15 min；加入100 μl 10倍稀釋的Dissolution buffer，13 400 r/min離心15 min；加入40 μl Trypsin buffer（4 μg Trypsin in 40 μl Dissolution buffer），600 r/min振蕩1 min，37℃放置16～18 h；換新收集管，13 400 r/min離心15 min；再加入40 μl 10倍稀釋的Dissolution buffer，13 400 r/min離心15 min，收集濾液。采用C18Cartridge對肽段進行脫鹽，肽段凍干后加入40 μl Dissolution buffer復溶，肽段定量（OD280）。

1.5 iTRAQ試劑標記 兩組樣本各取100 μg用于iTRAQ試劑標記，放射敏感組和抗拒組分別標記以113和116試劑，具體步驟參照美國AB公司iTRAQ試劑盒說明書進行，進行3次技術重復。

1.6 強陽離子交換色譜（strong cation exchange，SCX）分級 將每組標記后的肽段混合，采用AKTA Purifier 100進行分級。緩沖液A液為10 mmol/L KH2PO4，25%ACN，pH 3.0；B液為 10 mmol/L KH2PO4，500 mmol/L KCl，25%ACN，pH 3.0。色譜柱以A液平衡，樣品由進樣器上樣到色譜柱進行分離，流速為1 ml/min。

1.7 質(zhì)譜鑒定 每份樣品采用納升流速的HPLC液相系統(tǒng)Easy nLC進行分離。緩沖液A液為0.1%甲酸水溶液，B液為0.1%甲酸乙腈水溶液（乙腈為84%）。樣品經(jīng)色譜分離后用Q-Exactive質(zhì)譜儀進行質(zhì)譜分析。檢測方式為正離子，母離子掃描范圍300～1 800 m/z。

1.8 統(tǒng)計學處理 采用SPSS 13.0軟件進行分析。質(zhì)譜數(shù)據(jù)采用Mascot 2.2和Proteome Discoverer 1.4進行數(shù)據(jù)庫搜索，數(shù)據(jù)庫為uniprot_human。符合表達差異倍數(shù)大于1.2倍（上下調(diào)）且P＜0.05篩選標準的蛋白質(zhì)視為差異表達蛋白質(zhì)。鑒定得到的差異蛋白通過生物信息學方法使用GO注釋及富集分析，分別從生物學進程（biological process，BP）、細胞成分（cellular component，CC）和分子功能（molecular function，MF）這3方面進行基因顯著性分析。通過Fisher精確檢驗來評價某個GO term蛋白質(zhì)富集度的顯著性水平。

2 結果

2.1 差異表達蛋白質(zhì)的篩選 質(zhì)譜共得到3 780個唯一多肽片段，經(jīng)數(shù)據(jù)庫分析后，共獲得457個蛋白，其中有65個差異表達的蛋白質(zhì)，其中，放射抗拒組相對于放射敏感組上調(diào)差異表達蛋白質(zhì)34個（表1），下調(diào)差異表達蛋白質(zhì)31個（表2）。

2.2 差異表達蛋白質(zhì)GO基因功能分類 對篩選的65個差異表達蛋白質(zhì)進行GO功能注釋，在生物學進程分析結果中，差異表達蛋白質(zhì)主要參與包括生物學過程調(diào)控、壓力應激反應、分解代謝等主要進程。其中12%的蛋白質(zhì)參與生物學過程調(diào)控，S100A7參與生物學過程調(diào)控；壓力應激反應的蛋白質(zhì)占12.0%，補體因子H相關蛋白、熱休克蛋白（heat shock protein，HSP）和胰島素樣生長因子結合蛋白-2（insulin-like growth factor binding protein-2，IGFBP2）都參與了壓力應激反應；與分解代謝有關的蛋白質(zhì)占11%，α1抗胰蛋白酶處于這一進程中；其他的蛋白質(zhì)與信號傳導、生物學的黏附和免疫應答過程有關。在亞細胞定位分析中，分布在細胞器和胞外的蛋白質(zhì)各占24%，其他還有一些蛋白質(zhì)屬于細胞膜、胞外區(qū)和細胞連接的成分。在分子功能分析中，其中結合蛋白質(zhì)占51%，差異表達蛋白有催化活性、酶調(diào)節(jié)活性和轉(zhuǎn)運活性。

表1 上調(diào)部分差異表達的蛋白質(zhì)

3 討論

鼻咽癌的放射敏感性是影響療效的重要因素。如果在放療前能夠?qū)€體腫瘤的放射敏感性進行預測，可有助于選擇合適的個體化治療方案，提高腫瘤控制率，減少正常組織放射損傷。目前，相關研究［4］已證實放射敏感和放射抗拒的鼻咽癌細胞株，其蛋白質(zhì)表達存在差異，部分蛋白表達上調(diào)或下調(diào)。然而，其僅僅為細胞實驗，并不能完全反映人體狀況，更難以在臨床使用。而血清標本的優(yōu)勢明顯，有標本易于采集和所需的標本量較少等優(yōu)點，便于臨床使用。

高通量蛋白質(zhì)組學技術為本研究腫瘤放射敏感性提供了新的手段，蛋白質(zhì)的結構和功能最終影響著生命活動的變化，尋找與放射抗拒相關的蛋白用于個體化方案制定具有重要意義，不僅有較高的臨床應用價值，而且對揭示放療抗拒機制意義重大。

本研究利用iTRAQ技術篩選放射敏感和放射抗拒差異蛋白，放射抗拒組相對于放射敏感組上調(diào)差異表達蛋白質(zhì)34個，下調(diào)差異表達蛋白質(zhì)31個。初步鑒定出的有明確功能的蛋白分別涉及到幾種不同的生物過程：生物學過程調(diào)控、壓力應激反應、分解代謝等主要進程。

S100A7是S100蛋白質(zhì)家族成員，可調(diào)節(jié)細胞的增殖、凋亡、信號轉(zhuǎn)導等，是頭頸部腫瘤的不良預后指標［5］?？赏ㄟ^晚期糖基化終末產(chǎn)物（receptor for advanced glycation end products，RAGE）介導的內(nèi)分泌機制在腫瘤局部招募基質(zhì)金屬蛋白9、環(huán)氧化酶2等促炎癥因子表達，促進腫瘤血管再生及腫瘤增殖［6］。研究［7］顯示在乳腺癌細胞中，S100A7可促進核轉(zhuǎn)錄因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）DNA結合活性和基質(zhì)金屬蛋白9和血管內(nèi)皮生長因子表達，從而促進腫瘤細胞增殖和侵襲。而NF-κB參與放射治療抗拒的相關通路，活化可導致腫瘤細胞對放射治療的抵抗［8］。這可能是S100A7導致放療抗拒的原因。

表2 下調(diào)部分差異表達的蛋白質(zhì)

IGFBP2在多種腫瘤中明顯升高，與腫瘤侵襲相關，影響患者預后［9-10］。Guo et al［11］發(fā)現(xiàn)在肺癌患者血清中IGFBP2明顯升高，且與腫瘤大小分期明顯相關，血清濃度升高患者生存時間縮短。Uzoh et al［12］發(fā)現(xiàn)IGFBP2促進前列腺癌細胞生長，而且增加化療抗拒，抑制表達可增加化療敏感性。

α1抗胰蛋白酶濃度在炎癥、感染和腫瘤時會明顯增加，研究［13］顯示在肺癌和前列腺癌中均升高，隨著分期增加而明顯升高。

HSP是機體存應激條件下合成的應激蛋白質(zhì)，參與調(diào)節(jié)細胞的增殖、分化和細胞抗凋亡的信號轉(zhuǎn)導，與放射抗拒性相關。Du et al［14］發(fā)現(xiàn)對放射抗拒的子宮內(nèi)膜癌細胞采用沉默HSP70后，細胞的凋亡率明顯增加，抑制HSP70表達可明顯增加放射治療效果。王潤文等［15］發(fā)現(xiàn)放療后有殘留鼻咽癌患者HSP70陽性表達率明顯高于病灶完全消失患者，兩組相比差異有統(tǒng)計學意義。作者認為HSP70是影響鼻咽癌放射抗拒的重要因素。

本實驗結果提示，iTRAQ技術是鼻咽癌放射敏感性研究科學可靠的預測方法，可以精確地篩選出腫瘤輻射抗拒的相關蛋白。然而，由于腫瘤的放射抗拒機制復雜，涉及到多種復雜因素相互作用，其分子機制仍不清楚。本研究尚處于初級階段，篩選出蛋白質(zhì)在放射抗拒中的具體機制仍不明確，還需要進一步研究。

［1］ Yeh S A，Tang Y，Lui C C，et al.Treatment outcomes and late complications of 849 patients with nasopharyngeal carcinoma treated with radiotherapy alone［J］.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2005，62 （3）：672-9.

［2］ Gao J，Tao Y L，Li G，et al.Involvement of difference in decrease of hemoglobin level in poor prognosis of Stage I and II nasopharyngeal carcinoma：implication in outcome of radiotherapy［J］.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2012，82（4）：1471-8.

［3］ 陳炳光，黃曉波，劉圖強，等.鼻咽纖維鏡聯(lián)合CT評估鼻咽癌放射治療敏感性的可行性［J］.廣東醫(yī)學，2012，33（13）：1939-42.

［4］ Feng X P，Yi H，Li M Y，et al.Identification of biomarkers for predicting nasopharyngeal carcinoma response to radiotherapy by proteomics［J］.Cancer Res，2010，70（9）：3450-62.

［5］ Tripathi S C，Matta A，Kaur J，et al.Nuclear S100A7 is associated with poor prognosis in head and neck cancer［J］.PLoS One，2010，5（8）：e11939.

［6］ Nasser M W，Qamri Z，Deol Y S，et al.S100A7 enhances mammary tumorigenesis through upregulation of inflammatory pathways［J］. Cancer Res，2012，72（3）：604-15.

［7］ Liu H，Wang L，Wang X，et al.S100A7 enhances invasion of human breast cancer MDA-MB-468 cells through activation of nuclear factor-κB signaling［J］.World J Surg Oncol，2013，11：93.

［8］ Yoshida K，Sasaki R，Nishimura H，et al.Nuclear factor-kappaB expression as a novel marker of radioresistance in early-stage laryngeal cancer［J］.Head Neck，2010，32（5）：646-55.

［9］ Hu Q，Huang L，Kuang X，et al.Is insulin-like growth factor binding protein 2 associated with metastasis in lung cancer？［J］.Clin Exp Metastasis，2014，31（5）：535-41.

［10］?underic'M，Dukanovic'B，Malenkovic'V，et al.Molecular forms of the insulin-like growth factor-binding protein-2 in patients with colorectal cancer［J］.Exp Mol Pathol，2014，96（1）：48-53.

［11］Guo C，Lu H，Gao W，et al.Insulin-like growth factor binding protein-2 levelis increased in blood of lung cancer patients and associated with poor survival［J］.PLoS One，2013，8（9）：e74973.

［12］Uzoh C C，Holly J M，Biernacka K M，et al.Insulin-like growth factor-binding protein-2 promotes prostate cancer cell growth via IGF-dependent or-independent mechanisms and reduces the efficacy of docetaxel［J］.Br J Cancer，2011，104（10）：1587-93.

［13］El-Akawi Z J，Abu-Awad A M，Sharara A M，et al.The importance of alpha-1 antitrypsin（alpha1-AT）and neopterin serum levels in the evaluation of non-small cell lung and prostate cancer patients ［J］.Neuro Endocrinol Lett，2010，31（1）：113-6.

［14］Du X L，Jiang T，Wen Z Q，et al.Silencing of heat shock protein 70 expression enhances radiotherapy efficacy and inhibits cell invasion in endometrial cancer cell line［J］.Croat Med J，2009，50（2）：143 -50.

［15］王潤文，周高峰，黃生鵬，等.鼻咽癌放療殘灶中HSP70/HSP27蛋白的表達［J］.中南大學學報（醫(yī)學版），2009，34（11）：1091-5.

Screening of radioresistant associated proteins in nasopharyngeal carcinoma by iTRAQ quantitative proteomics

Gao Jin，Qian Liting，Tao Zhenchao，et al
（Dept of Radiation Oncology，The Affiliated Provincial Hospital of Anhui Medical University，Hefei230001）

Objective To discover the proteins related to nasopharyngeal carcinoma（NPC）radioresistance by screening differentially expressed proteins in NPC patients with different radiosensitivity.Methods Two groups of sera were respectively collected from NPC patients with different radiosensitivity（20 casesineach group）.Isobaric tags for relative and absolute quantitation（iTRAQ）-taggingcombined with liquid chromatography tandem mass spectrometry（LC-MS/MS）analysis was used to identification of differentially expressed proteins between the two groups.The identification and quantitation of the proteins were analyzed by Proteome Discoverer 1.4 software.The proteins differentially expressed were analyzed by GO（Gene Ontology）terms.Results A total of 65 differentially expressed proteins were identified，of which 34 were up-regulated and 31 were down-regulated.GO analysis showed these proteins to be involved in keybiological processes such as biological regulation，response to pressure stress and catabolism.Conclusion Analysis identify the following 4 proteins that may be the candidate biomarkers for predicting radioresistance of NPC：S100A7，insulin-like growth factor-binding protein 2，alpha-1-antitrypsin and HSP 70.

nasopharyngeal carcinoma；radioresistance；proteomics

R 739.63

A

1000-1492（2016）09-1333-05

時間：2016-8-1 14：07

http：//www.cnki.net/kcms/detail/34.1065.R.20160801.1407.044.html

2016-06-02接收

安徽省自然科學基金（編號：1408085MH189）；安徽省衛(wèi)生廳醫(yī)學科研課題（編號：13ZC009）

安徽醫(yī)科大學附屬省立醫(yī)院1放療科、2腫瘤表觀研究室，合肥 230001

高 勁，男，副教授，副主任醫(yī)師，碩士生導師，責任作者，E-mail：gj11667@126.com