蛋白質(zhì)組學(xué)在肺癌相關(guān)標(biāo)志物挖掘中的應(yīng)用

梁委軍 覃世逆 袁天柱 戴盛明

蛋白質(zhì)組學(xué)在肺癌相關(guān)標(biāo)志物挖掘中的應(yīng)用

梁委軍 覃世逆 袁天柱 戴盛明

肺癌是全球發(fā)病率和死亡率最高的惡性腫瘤，其5年生存率僅為15%，但早期診斷出的肺癌患者5年生存率可達(dá)52%。缺乏早期診斷及有效治療手段使得肺癌的死亡率很高。因此，尋找新的早期診斷和預(yù)后標(biāo)志物為治療打開(kāi)新途徑迫在眉睫。蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)具有足夠的靈敏度，特異性和可重復(fù)性，它正成為肺癌生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)研究的一個(gè)重要工具。本文就近年來(lái)肺癌的蛋白質(zhì)組學(xué)研究進(jìn)展包括肺癌的預(yù)防、早期診斷和治療方法等進(jìn)行綜述。

肺癌；蛋白質(zhì)組學(xué)；腫瘤標(biāo)志物

中國(guó)的最新數(shù)據(jù)顯示肺癌的發(fā)病率和死亡率高居各種癌癥首位，2015年中國(guó)肺癌預(yù)估發(fā)病例數(shù)和死亡例數(shù)分別高達(dá)73.33萬(wàn)和61.02萬(wàn)［1］。肺癌起病隱匿，目前缺乏有效的篩查和早期診斷手段，當(dāng)患者出現(xiàn)癥狀時(shí)入院診斷多為晚期，其預(yù)后較差，其總的5年生存率小于15%。如果較早的發(fā)現(xiàn)肺癌和及時(shí)手術(shù)的治療，5年生存率能提高到52%［2］。因此，肺癌早期診斷標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)有利于肺癌的診斷和治療。

蛋白質(zhì)組的研究?jī)?nèi)容為某細(xì)胞、組織或基因組特定時(shí)間段內(nèi)所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)通常用于研究生物系統(tǒng)內(nèi)特定時(shí)間或一定條件下蛋白質(zhì)表達(dá)情況［3］。通過(guò)比較肺癌細(xì)胞組和正常細(xì)胞組的蛋白質(zhì)表達(dá)的差異、分析差異蛋白的功能，能夠間接揭示肺癌發(fā)病機(jī)制，有利于發(fā)現(xiàn)肺癌標(biāo)志物，對(duì)肺癌的診斷、治療及預(yù)后評(píng)價(jià)有重大作用。因此，本文對(duì)蛋白質(zhì)組學(xué)在肺癌的發(fā)病機(jī)制、轉(zhuǎn)移、早期診斷、治療及預(yù)后評(píng)價(jià)等方面的研究進(jìn)展作綜述。

1 肺癌蛋白質(zhì)組學(xué)

當(dāng)抑癌基因功能減弱甚至消失或致癌基因功能增強(qiáng)時(shí)，腫瘤細(xì)胞得以繁殖?；蚬δ茏罱K由蛋白功能表現(xiàn)。蛋白質(zhì)組學(xué)通過(guò)研究差異蛋白的功能進(jìn)而揭示腫瘤的發(fā)生發(fā)展機(jī)制。蛋白質(zhì)組學(xué)尤其有利于尋找與腫瘤相關(guān)的癌蛋白、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子和信號(hào)傳導(dǎo)分子。蛋白質(zhì)組學(xué)運(yùn)用于以下肺癌研究中。

1.1 肺癌的發(fā)生發(fā)展

Zhang等［4］通過(guò)膜蛋白質(zhì)組學(xué)研究肺腺癌和正常組織的蛋白之間的差異，對(duì)所得568個(gè)差異蛋白進(jìn)行鑒定，其中257個(gè)蛋白表達(dá)上調(diào)和311個(gè)下調(diào)。生物信息學(xué)分析，這些蛋白質(zhì)中有48%為膜蛋白或與膜功能相關(guān)。這為膜蛋白對(duì)肺癌發(fā)生發(fā)展的調(diào)控機(jī)制提供線索。該研究發(fā)現(xiàn)S100A14在低分化肺癌表達(dá)量低于其他分化程度的肺癌。S100A14是S100家族中的新成員，研究發(fā)現(xiàn)其與肝癌、胃癌等密切相關(guān)。

1.2 肺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移

肺癌發(fā)生轉(zhuǎn)移是肺癌患者治療失敗和死亡的主要原因。運(yùn)用蛋白質(zhì)組學(xué)尋找肺癌轉(zhuǎn)移標(biāo)志物，對(duì)阻斷轉(zhuǎn)移、尋找藥物靶標(biāo)有重大意義。眾所周知，線粒體功能障礙與癌癥進(jìn)展相關(guān)。在一項(xiàng)研究中，通過(guò)對(duì)不同侵襲能力肺癌細(xì)胞系的線粒體進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)表皮生長(zhǎng)受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）在高侵襲性非小細(xì)胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）細(xì)胞線粒體高度表達(dá)［5］。線粒體高表達(dá)表皮生長(zhǎng)因子受體可調(diào)節(jié)線粒體動(dòng)態(tài)增強(qiáng)腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。研究發(fā)現(xiàn)線粒體表皮生長(zhǎng)因子受體的表達(dá)量與肺癌患者的生存期呈負(fù)相關(guān)。斯鈣素2（stanniocalcin-2，STC2）能參與調(diào)節(jié)鈣、磷在腎運(yùn)輸，并在一些癌癥中扮演多重角色。然而，其在肺癌中的作用和臨床意義尚不清楚。Na等［6］研究STC2在肺癌細(xì)胞生長(zhǎng)，轉(zhuǎn)移和進(jìn)展的作用，發(fā)現(xiàn)可作其為肺癌的生物標(biāo)志物。這為肺癌轉(zhuǎn)移的病理機(jī)制和相關(guān)的分子標(biāo)記物研究提供線索。

1.3 肺癌早期診斷

由于肺癌早期比較隱匿，使得肺癌很難在早期的時(shí)候就能檢出，當(dāng)務(wù)之急為尋找肺癌早期診斷的生物標(biāo)志物。蛋白質(zhì)組學(xué)應(yīng)運(yùn)而生，通過(guò)比較正常細(xì)胞與癌細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的表達(dá)，對(duì)有差異表達(dá)的蛋白質(zhì)進(jìn)行定性定量分析，篩選與腫瘤相關(guān)的生物標(biāo)志物，再研究肺癌早期診斷試劑，這會(huì)極大提高肺癌5年生存率［7］。

Rostila等［8］對(duì)石棉導(dǎo)致的肺癌組織、石棉照射的正常組織、肺癌患者和吸煙的健康人的肺組織進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)peroxiredoxin 1（PRX1）是一種新型的肺癌標(biāo)記物。PRX1是一種過(guò)氧化物，主要分布于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中，廣泛地參與細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)，尤其對(duì)癌癥的發(fā)生具有重要的調(diào)節(jié)作用。血清中原肌球蛋白的過(guò)表達(dá)與石棉輻射相關(guān)，PRXl和PRX2的表達(dá)量和吸煙量成負(fù)相關(guān)，高表達(dá)的PRXl可能導(dǎo)致基因損傷。這個(gè)發(fā)現(xiàn)為肺癌和與石棉相關(guān)疾病的鑒定提供了新的方向。

Diamandis等［9］通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)得出3個(gè)肺癌潛在標(biāo)志物：pentraxin-3（PTX3）、激肽釋放酶11（KLKl1）和顆粒蛋白前體蛋白（progranulin）。通過(guò)203名肺癌患者、180例重度吸煙的高風(fēng)險(xiǎn)誘發(fā)肺癌者和43例非肺癌癌癥患者的血清檢測(cè)驗(yàn)證，PTX3的敏感性和特異性等指標(biāo)已達(dá)到現(xiàn)已應(yīng)用于臨床的肺癌生物標(biāo)記物水平。

Yu等［10］用鳥(niǎo)槍法蛋白質(zhì)組學(xué)檢測(cè)6例早期肺癌患者和5個(gè)健康人痰上清液中蛋白質(zhì)表達(dá)情況，并通過(guò)Western印跡法和酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（enzyme linked immunosorbent assay，ELISA）初步驗(yàn)證，烯醇化酶1（ENO1）可能是一個(gè)肺癌早期的腫瘤標(biāo)志物。

Jin等［11］通過(guò)對(duì)小鼠肺癌模型內(nèi)皮細(xì)胞和正常內(nèi)皮細(xì)胞的蛋白質(zhì)組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)transgelin-2為肺癌的潛在標(biāo)志物。transgelin-2是一個(gè)分子量為22kDa-25kDa的細(xì)胞骨架蛋白，研究發(fā)現(xiàn)其與臨床腫瘤的發(fā)展、轉(zhuǎn)移和神經(jīng)浸潤(rùn)有關(guān)。外泌體（exosomes）為圓形單層膜結(jié)構(gòu)，可由機(jī)體眾多類型細(xì)胞釋放到唾液、血漿、乳汁、尿液等體液當(dāng)中。外泌體可攜帶多種蛋白質(zhì)、mRNA、miRNA，參與細(xì)胞通訊、細(xì)胞遷移、血管新生和腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)等過(guò)程。Clark等［12］的蛋白質(zhì)組學(xué)研究數(shù)據(jù)顯示exosomes參與非小細(xì)胞肺癌的進(jìn)程，可以作為非小細(xì)胞肺癌的早期診斷標(biāo)志物。

通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)研究的這些差異蛋白將可能作為肺癌早期診斷的靶向標(biāo)記物，為肺癌的早期診斷提供借鑒和依據(jù)。

1.4 肺癌治療

近20年來(lái)，腫瘤的藥物治療模式從單純以細(xì)胞毒藥物殺傷腫瘤逐步向靶向治療發(fā)展，分子靶向藥物日益成為腫瘤治療的重要利器。蛋白質(zhì)組學(xué)也為肺癌蛋白靶標(biāo)的研究提供有利線索。

Wu等［13］通過(guò)同位素標(biāo)記相對(duì)和絕對(duì)定量蛋白質(zhì)組（iTRAQ）分析對(duì)黃綠青霉素治療肺癌進(jìn)行研究。在高重復(fù)性定量之后，對(duì)2 659個(gè)差異蛋白進(jìn)行鑒定。生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)其中141種差異蛋白與葡萄糖代謝相關(guān)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示黃綠青霉素可以減少糖酵解中間產(chǎn)物高分子的合成并抑制細(xì)胞增殖。通過(guò)應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)，了解藥物體內(nèi)代謝過(guò)程，這能進(jìn)一步解釋肺癌黃綠青霉素抑瘤效應(yīng)。Liang等［14］通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)的分類，預(yù)測(cè)表皮生長(zhǎng)因子受體酪氨酸激酶抑制劑治療肺癌患者的效果，準(zhǔn)確率達(dá)93%。

腫瘤細(xì)胞的放射敏感性是放療失敗的主要原因，因此找出是否含抗輻射基因?qū)x擇放療與否至關(guān)重要。Yun等［15］分離了抗輻射H460細(xì)胞和輻射敏感H460肺癌細(xì)胞，使之暴露于輻射后，利用蛋白質(zhì)組學(xué)分析，確定了8個(gè)蛋白質(zhì)可能參與抗輻射相關(guān)的生物過(guò)程。值得注意的是，其中 4個(gè)基因：these-pai-2，nomo2，klc4和plod3還未有與輻射相關(guān)的報(bào)道。該研究結(jié)果表明，耐輻射基因的發(fā)現(xiàn)，為解決肺癌的耐放療提供依據(jù)。

腫瘤細(xì)胞在治療過(guò)程中獲得的耐藥性限制了放療的臨床療效。抗輻射的非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）細(xì)胞比輻射敏感的細(xì)胞存活率明顯增加。通過(guò)比較蛋白質(zhì)組學(xué)分析結(jié)果顯示血漿纖溶酶原激活物抑制物-1（PAI-1）為抗輻射的關(guān)鍵分子［16］，它可作為細(xì)胞外信號(hào)觸發(fā)細(xì)胞增強(qiáng)抗輻射能力。其過(guò)程為在輻射誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子，包括p53，HIF-1α，和Smad3等的誘導(dǎo)下，癌細(xì)胞過(guò)量分泌PAI-1，抑制caspase-3的活性，從而獲得抗輻射能力。該研究提示抑制PAI-1的分泌可以阻止敏感細(xì)胞獲得抗輻射而達(dá)到治療效果。

由此可見(jiàn)，蛋白質(zhì)組學(xué)可在癌癥治療中提供更多的信息和線索。

1.5 肺癌預(yù)后評(píng)價(jià)

在一項(xiàng)研究中，研究者使用一個(gè)基于iTRAQ定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析并獲取了6個(gè)候選蛋白，包括ERO1L，PABPC4，RCC1，RPS25，NARS 和 TARS，然后應(yīng)用免疫組化和免疫印跡分析法進(jìn)一步驗(yàn)證這6種蛋白的表達(dá)。與癌旁正常組織相比，這6個(gè)候選蛋白在癌組織中表達(dá)水平較高，且ERO1L和NARS水平與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)。另外，早期肺腺癌患者ERO1L過(guò)度表達(dá)與預(yù)后差呈正相關(guān)，它的過(guò)度表達(dá)提示腫瘤轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)更高預(yù)后更差。此研究提供了一個(gè)潛在的肺腺癌生物標(biāo)志物的診斷及預(yù)后指標(biāo)［17］。

據(jù)報(bào)道，血清C-反應(yīng)蛋白水平升高，對(duì)肺癌患者有預(yù)后意義［18］。通過(guò)差異蛋白質(zhì)組學(xué)分析法，分析肺癌患者或健康對(duì)照者血清中的C-反應(yīng)蛋白的結(jié)合成分，進(jìn)一步確定C-反應(yīng)蛋白的結(jié)合組分為肺癌的預(yù)后標(biāo)志物，并驗(yàn)證其預(yù)后價(jià)值［19］。研究組發(fā)現(xiàn)crp-saa升高水平與肺癌嚴(yán)重的臨床特征顯著相關(guān)。值得注意的是，在I-II期患者，只有crp-saa與生存率顯著相關(guān)，而不是總SAA或C-反應(yīng)蛋白。此外，單變量和多變量Cox分析也表明，只有crp-saa可作為早期肺癌患者的一個(gè)獨(dú)立的預(yù)后標(biāo)志物。crp-saa可能成為肺癌比總SAA或C-反應(yīng)蛋白更好的預(yù)后指標(biāo)，尤其是在早期患者。

2 總結(jié)

肺癌是最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，攻克肺癌一直是臨床醫(yī)學(xué)的熱點(diǎn)與難點(diǎn)研究課題，近年在腫瘤的研究中，先有基因組學(xué)大放光彩，隨后蛋白質(zhì)組學(xué)應(yīng)運(yùn)而生，已日益成為肺癌研究的重要手段。本文對(duì)近年來(lái)蛋白質(zhì)組學(xué)在肺癌臨床研究中的進(jìn)展進(jìn)行綜述，總結(jié)大量與肺癌的發(fā)病機(jī)制、轉(zhuǎn)移、早期診斷及治療相關(guān)的蛋白，如S100A14、STC2、PRX1、PTX3、ENO1、transgelin-2等。這些研究為肺癌的臨床研究提供更多的依據(jù)。后基因組時(shí)代，蛋白質(zhì)組學(xué)倍受人們的青睞，它不斷的給我們指明研究道路，但在發(fā)展中也遇到一些問(wèn)題，比如在蛋白質(zhì)的分離純化方面，尤其是低含量或難于用常規(guī)方法溶解分離的蛋白；另外蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)未有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)各實(shí)驗(yàn)室結(jié)果不一。相信隨著蛋白組技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展及普及，它將繼續(xù)在探索肺癌發(fā)病機(jī)制、轉(zhuǎn)移、肺癌早期診斷、尋找有效的肺癌治療靶點(diǎn)和研發(fā)治療肺癌藥物及預(yù)后評(píng)價(jià)等方面發(fā)揮巨大作用，蛋白質(zhì)組學(xué)必將在后基因組時(shí)代為肺癌的防治中發(fā)揮更大的作用。

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The application of proteomics in lung cancer related biomarkers in data mining

LIANG Weijun，QIN Shini，YUAN Tianzhu，DAI Shengming
（Liuzhou Key Laboratory of Tumor Diseases and Prevention，Clinical Laboratory，F(xiàn)ourth Affiliated Hospital of Guangxi Medical University，Liuzhou，Guangxi，China，545005）

Lung cancer is the most common cause of cancer death over the world,with a 5-year survival rate of 15%，and with a 5-year survival rate of 85%by early diagnosis.The high mortality from lung cancer is due not only to the lack of early diagnosis but also to the lack of effective treatments.Therefore,there is an urgent need to find new markers for early diagnosis and prognosis that could serve to open novel therapeutic avenues.Having adequate sensitivity,specificity,and reproducibility,proteomics is becoming an important tool for the identification of biomarkers and therapeutic targets for lung cancer.In this article,the latest reports in proteomic studies of lung cancer will briefly introduced.It contains the identification of new diagnostic,prognostic,and predictive markers for lung cancer,using proteomics technologies.

Lung cancer;Proteomics;Tumor markers

廣西柳州市科技局科技創(chuàng)新能力與條件建設(shè)資助項(xiàng)目（2014G020403）

廣西醫(yī)科大學(xué)第四附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)科，柳州市腫瘤疾病與防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西，柳州545005

戴盛明，E-mail：daishm@sina.com