近年來，肺癌的發(fā)病率呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)，至2020年，我國肺癌新發(fā)病例數(shù)已達(dá)81.6萬例，高居眾癌之首。根據(jù)肺癌細(xì)胞在顯微鏡下的形態(tài)特點(diǎn)，肺癌可初步分為小細(xì)胞肺癌（SCLC）和非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）兩大類，其中NSCLC約占85%，SCLC約占15%。總體而言，雖然SCLC與NSCLC同為肺癌，僅有一字之差，但SCLC的病因、發(fā)病部位、腫瘤特點(diǎn)、癥狀、治療方式以及預(yù)后都與NSCLC有一定差異。蛋白質(zhì)基因組的興起為疾病分型提供了一個(gè)新的思路，同時(shí)也可利用蛋白基因組學(xué)進(jìn)行藥物靶點(diǎn)進(jìn)行研究從而確定肺癌中的關(guān)鍵生長刺激因子以及影響信號(hào)通路的關(guān)鍵目標(biāo)。今天小編給大家分享三篇利用主流蛋白質(zhì)組學(xué)方法結(jié)合其他手段發(fā)現(xiàn)疾病分型和藥物靶點(diǎn)的肺癌研究優(yōu)秀文章，一起來看看吧~

01?肺腺癌蛋白基因組學(xué)分析預(yù)測(cè)肺腺癌復(fù)發(fā)

文章標(biāo)題：Proteogenomic Analysis of Surgically Resected Lung Adenocarcinoma

發(fā)表時(shí)間：2018.10月

DOI：10.1016/j.jtho.2018.06.025

發(fā)表期刊：Journal of Thoracic Oncology

2022年影響因子/JCR分區(qū)：20.121/Q1

技術(shù)手段：蛋白質(zhì)組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)

研究背景

手術(shù)切除的早期肺腺癌患者的5年生存率為50% - 70%，輔助化療僅能輕微降低這一風(fēng)險(xiǎn)。在手術(shù)時(shí)對(duì)腫瘤復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)可能使患者免受輔助化療的毒性，并針對(duì)其他患者加強(qiáng)治療和監(jiān)測(cè)。在這項(xiàng)研究中，作者探究了復(fù)發(fā)性肺和非復(fù)發(fā)性肺之間的差異mRNA -蛋白相關(guān)性，提出了結(jié)合轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)的綜合方法，利用這些信息發(fā)現(xiàn)新的失調(diào)基因和綜合臨床生物標(biāo)志物預(yù)測(cè)肺腺癌復(fù)發(fā)。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

分別對(duì)來自三個(gè)隊(duì)列經(jīng)輔助化療復(fù)發(fā)和未復(fù)發(fā)肺腺癌61例患者癌癥新鮮組織樣本和FFPE樣本進(jìn)行RNAseq檢測(cè)和蛋白質(zhì)組學(xué)檢測(cè)。

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結(jié)果展示

mRNA和蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)在基因水平上進(jìn)行匹配，并通過表達(dá)進(jìn)行過濾，得到每個(gè)肺腺癌患者的2286組配對(duì)RNA和蛋白質(zhì)測(cè)量值。復(fù)發(fā)組和非復(fù)發(fā)組所有基因的mRNA -蛋白相關(guān)性有顯著差異(p<10-16),相關(guān)性差的mRNA和蛋白質(zhì)豐度可能反映了轉(zhuǎn)錄后(剪接、microRNA、RNA定位等)和翻譯后(磷酸化、泛素化、降解改變等)調(diào)控。基因可以在mRNA和蛋白質(zhì)水平上獨(dú)立差異表達(dá),在mRNA和蛋白質(zhì)水平上差異表達(dá)的基因之間幾乎沒有重疊。

使用機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)蛋白和RNA數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析發(fā)現(xiàn)內(nèi)線粒體膜T轉(zhuǎn)位酶50 (Timm50)在復(fù)發(fā)性和非復(fù)發(fā)性腫瘤之間具有差異相關(guān)性，Timm50在RNA水平上呈弱差異表達(dá)，但在蛋白水平上無差異表達(dá)。并且使用二元復(fù)發(fā)狀態(tài)來對(duì)患者進(jìn)行分組。然后使用趨勢(shì)過濾進(jìn)行回歸，以找到每個(gè)隊(duì)列中RNA和蛋白質(zhì)豐度之間的關(guān)系，最終改進(jìn)生成腫瘤是否復(fù)發(fā)的最終LOR值，同時(shí)使用蛋白質(zhì)濃度、RNA濃度和RNA-蛋白質(zhì)相關(guān)性的變化預(yù)測(cè)患者的復(fù)發(fā)情況，并利用模型在51例疾病樣本中進(jìn)行了驗(yàn)證。

02?非小細(xì)胞肺癌的蛋白質(zhì)基因組學(xué)揭示了與特定治療靶點(diǎn)和免疫逃避機(jī)制相關(guān)的分子亞型

標(biāo)題：Proteogenomics of non-small cell lung cancer reveals molecular subtypes associated with specific therapeutic targets and immune evasion mechanisms

發(fā)表時(shí)間：2021.11月

DOI：10.1038/s43018-021-00259-9.

發(fā)表期刊：Nature?Cancer

2022年影響因子/JCR分區(qū)：23.177/Q1

技術(shù)手段：TMT蛋白質(zhì)組學(xué)、免疫組化、DIA蛋白質(zhì)組學(xué)

研究背景

盡管肺癌治療取得了重大進(jìn)展，但長期存活的肺癌患者仍然很少，更深入地了解分子表型將有助于識(shí)別特定的癌癥依賴和免疫逃避機(jī)制。???

樣本準(zhǔn)備

首先收集了5種主要組織學(xué)類型141例配對(duì)的非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）的腫瘤組織樣本和癌旁組織樣本。

通過TMT蛋白質(zhì)組學(xué)總共鑒定到13975個(gè)蛋白，聚類分析將NSCLC患者分為6個(gè)不同的亞型。揭示了FGL1在亞型4中高表達(dá)，關(guān)聯(lián)分析鑒定FGL1相關(guān)蛋白和轉(zhuǎn)錄本，發(fā)現(xiàn)FGL1與腫瘤抑制因子STK11/LKB1在蛋白質(zhì)水平而非mRNA水平呈強(qiáng)烈負(fù)相關(guān)，表明STK11轉(zhuǎn)錄后調(diào)控FGL1表達(dá)。結(jié)合已有報(bào)道發(fā)現(xiàn)FGL1/CPS1水平升高是STK11-AMPK信號(hào)傳導(dǎo)喪失的可靠指標(biāo)。

隨后開發(fā)了兩種NSCLC分類方法篩選到200個(gè)蛋白用于NSCLC分類。使用?NSCLC轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)集（GEO NSCLC)驗(yàn)證了分類器，發(fā)現(xiàn)GEO NSCLC的分類再現(xiàn)了6種NSCLC蛋白質(zhì)組亞型，且相關(guān)的總生存數(shù)據(jù)表明分類亞型之間的預(yù)后差異，表明?NSCLC?蛋白質(zhì)組亞型的預(yù)測(cè)價(jià)值。

最后為了進(jìn)一步驗(yàn)證基于MS數(shù)據(jù)的分類方法，使用DIA-MS分析了NSCLC隊(duì)列（n=208）。選擇k-TSP特征樣本（n=188）進(jìn)行分類，成功將其中的175個(gè)樣本分類為先前描述的6種NSCLC蛋白質(zhì)組亞型?；颊邅喰头诸惖慕Y(jié)果也與前面的亞型分類高度一致，表明了基于DIA的NSCLC亞型分類方法具有潛在臨床意義。

03?蛋白組學(xué)分析揭示了小細(xì)胞肺癌干細(xì)胞中的靶向GNAS/PKA/PP2A軸

文章標(biāo)題：Unbiased Proteomic Profiling Uncovers a Targetable GNAS/PKA/PP2A Axis in Small Cell Lung Cancer Stem Cells

發(fā)表時(shí)間：2020.07月

DOI：10.1016/j.ccell.2020.05.003

發(fā)表期刊：Cancer Cell

2022年影響因子/JCR分區(qū)：38.585/Q1

技術(shù)手段：磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)、RNA-seq、組織芯片和免疫印跡、IP-MS

研究背景

小細(xì)胞肺癌（SCLC）占所有肺癌病例的15%～20%,臨床針對(duì)SCLC的治療靶點(diǎn)不明確，激酶和磷酸酶是關(guān)鍵的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)酶，通常是有效的治療靶點(diǎn)，SCLC激酶與磷酸酶的相關(guān)研究很少，該項(xiàng)研究填補(bǔ)了這一空缺。

樣本準(zhǔn)備

收集了3種SCLC患者來源的異種移植模型（PDXs）和8種同種異體移植模型（從自體小鼠模型中分離出來）與非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）樣品（2種肺腺癌PDXs、1種鱗狀肺癌PDX和4種單腫瘤來源的同種異體移植模型）進(jìn)行了比較，正常鼠肺用作對(duì)照。

激酶組學(xué)篩選活性激酶，多重抑制劑珠(MIBs)柱富集SCLC中的活性激酶，通過對(duì)不同小鼠模型進(jìn)行質(zhì)譜檢測(cè)與分分析，確定了20種在SCLC中比在正常肺或NSCLC中更有活性的激酶。其中，PRKACA編碼PKA-Cα（PKA催化亞基α）。通過與臨床患者數(shù)據(jù)對(duì)比及已有文獻(xiàn)分析，作者將目標(biāo)聚焦到PKA。進(jìn)一步利用RNA-seq、組織芯片和免疫印跡等技術(shù)證實(shí)PKA在人類SCLC中表達(dá)并活躍。

為了研究體內(nèi)SCLC中PKA活性的功能，利用TKO小鼠和PrkacaM120A雜交小鼠（相比野生型其激酶催化活性較低），對(duì)腫瘤及相應(yīng)因子進(jìn)行檢測(cè)分析，對(duì)照TKO小鼠相比，PrkacaM120A小鼠SCLC發(fā)展受到顯著抑制。與TKO細(xì)胞相比，PKACaM120A腫瘤衍生的SCLC細(xì)胞系在培養(yǎng)中存活率下降，不同細(xì)胞系中PKA-Ca的敲除也會(huì)導(dǎo)致生長下降和凋亡增加。用PP2A抑制劑（PP2Ai）、PKA抑制劑（PKAi）及PP2A激活劑（SMAP）處理SCLC細(xì)胞系并檢測(cè)相應(yīng)因子，發(fā)現(xiàn)使用PP2A激活劑（SMAP）處理可抑制PKA底物的磷酸化，并誘導(dǎo)SCLC細(xì)胞凋亡，PP2A抑制PKA本身或操縱PKA信號(hào)網(wǎng)絡(luò)中的其他酶可能在SCLC中具有抗癌作用。

Gas(由GNAS編碼)是人類SCLC中表達(dá)最高的蛋白之一，構(gòu)建Gnasflox/flox+TKO雜交小鼠和TKO小鼠，發(fā)現(xiàn)Gnas?缺失導(dǎo)致腫瘤發(fā)展減少。GnasR201C小鼠在Ad-Cre感染后14周，GnasR201C誘導(dǎo)6周，導(dǎo)致SCLC發(fā)展顯著增加，推測(cè)GnasR201C在SCLC存在促癌作用。GnasR201C?腫瘤的原代培養(yǎng)物中，GnasR201C的表達(dá)導(dǎo)致?PKA?激酶活性和?PKA?底物磷酸化的增加。 ?

通過在SCLC細(xì)胞中表達(dá)PKA-Ca、PKA-Cb和PKA-R1A并對(duì)純化后的洗脫部分進(jìn)行質(zhì)譜分析最終確定SCLC細(xì)胞中的PKA相互作用組，編輯了128蛋白組成的互作網(wǎng)絡(luò)。為確定下游信號(hào)網(wǎng)絡(luò)和PKA直接底物，在高度依賴于PKA活性的兩種PKA突變細(xì)胞模型中進(jìn)行了磷酸化蛋白質(zhì)組分析。發(fā)現(xiàn)未突變PKA能夠更好地用?ATP?磷酸化底物。GO分析顯示，PKA涉及細(xì)胞周期、基因表達(dá)和代謝過程等多個(gè)信號(hào)通路富集。PKA激活通過調(diào)節(jié)多個(gè)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)SCLC生長，有大量底物。

最后進(jìn)行功能驗(yàn)證，在PKA活性較低的NJH29細(xì)胞中過表達(dá)aPKA（活性PKA）后構(gòu)建PDX模型中檢測(cè)腫瘤指標(biāo)，aPKA的表達(dá)導(dǎo)致PKA信號(hào)的增加和SCLC生長的顯著增加。將NJH29-GFP和NJH29-aPKA細(xì)胞的稀釋液移植到NSG小鼠中，發(fā)現(xiàn)PKA的激活足以提高SCLC干細(xì)胞的在小鼠體內(nèi)的發(fā)展。相反，依賴?PKA活性的NCI-H526細(xì)胞中PKA-Ca的敲低降低了癌癥干細(xì)胞標(biāo)志物的表達(dá)并降低了小鼠體內(nèi)發(fā)生SCLC的速度，并且腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物的表達(dá)也顯著降低。?

結(jié)論

利用磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)分析確定了許多PKA底物和作用機(jī)理，繪制磷酸化蛋白質(zhì)組如何響應(yīng)PKA激活而變化的圖譜，并確定PKA激活如何改變SCLC的生物學(xué)特性。鑒定了PKA下游信號(hào)網(wǎng)絡(luò)中的蛋白質(zhì)以及PKA的大量潛在靶標(biāo)。對(duì)PKA的完整信號(hào)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制的研究具有重要的意義。