蛋白组学有望驱动精准医学

文/本刊记者 郭潇雅

通过测量蛋白实现肿瘤分子分型，进而确定肿瘤治疗的靶标。蛋白组学使人们看到了下个精准医学时代的曙光。

自21世纪以来，生命科学各类计划一直由欧美国家主导，由美国牵头的人类肿瘤基因组计划（TCGA），在过去十几年里描绘了数十种肿瘤的基因组变异图谱，为人类对癌症的理解作出了巨大的贡献，也催生了美国的“精准医疗计划”和“肿瘤登月计划”。和基因相比，蛋白质作为生命活动的执行者，与疾病有更直接的关联，而作为“后基因组”时代的蛋白质组学在中国的发展一直与国际齐头并进。

2018年3月8日，国际著名学术期刊《自然·通讯》在线发表了由军事科学院军事医学研究院与北京大学肿瘤医院（以下简称“北大肿瘤”）共同开展的“弥漫型胃癌蛋白质组研究”最新成果，标志着“中国人类蛋白质组计划”在国际上冲出了基因组垄断的重围，以蛋白质组分型为主要参照标准预示着“蛋白质组驱动的精准医学时代”的到来。

西湖高等研究院研究员郭天南评价道，胃癌在全球肿瘤死亡因素中排名第三。我国是胃癌发病和死亡的重灾区，每年新发病例约为68万例，占全球发病病例的一半左右。这项研究对亚洲发病率相对较高的胃癌蛋白质组进行了最详尽的分析，是近年来国际癌症蛋白质组领域最新成果，也是我国临床蛋白质组学迄今为止取得的最好成果。

科研艰辛

目前胃癌在临床应用的分型主要是大体分型和病理分型，大体分型也叫borrmann分型，是肉眼按照肿瘤外观生长特点来分型；病理分型包括Lauren分型和WHO分型，是根据显微镜下的形态学特点来分型。在临床实践中，胃癌真正的差异绝不仅仅是这两种分型，就能把其所有形态都覆盖的，需要进一步进行分子分型。

同时，在整个分子调控网络里，不单纯有基因，还包括转录组和蛋白组，基因突变后通过转录，再翻译成蛋白质最终行使功能，只有蛋白质能体现出基因的功能性。况且，目前癌症用药主要依据蛋白水平，单纯依靠基因是没有意义的，如靶向药物赫赛汀的使用，要先看患者her2蛋白有没有表达，再结合基因水平来用药。因此，医学界需要在蛋白这个更高级的维度上理解肿瘤，揭示更接近临床真实的肿瘤分子机制，寻找治疗靶标。

2011年，弥漫型胃癌蛋白质组研究正式拉开帷幕。北大肿瘤副院长沈琳教授告诉记者，在基因组学遭遇瓶颈的时代，中国率先开展了蛋白组学的研究。然而，当时国际上没有相关文献支持，所以，该研究能否成功对于每个科研人员来说都是未知数。在研究初期，科研团队遇到了很多难题，但也得到了多方的帮助与支持。

例如，在筛选同质化患者方面，必须要找到符合科研要求的分期、分型样本。但是，胃癌的样本数量巨大，弥漫型胃癌仅占总样本的30%左右，筛选耗费了科研人员较多的时间和精力。在此情况下，科研团队得到了北大肿瘤病理科同仁的大力支持，提供了专业的指导和无私的协助。

又如，蛋白质容易降解，与拥有坚固双螺旋结构的DNA相比，蛋白质在同等储存条件下非常不稳定，所以最初提取的大部分样本没有实验成功。好在科研团队得到了北大肿瘤标本库的鼎力帮助，不仅提供了大批新鲜蛋白组织，而且改进了科研团队的样本提取方法、运输冷链等，大大提高了成功率。

北大肿瘤消化肿瘤内科医师葛赛对记者说道，在各方的帮助下，该项研究搜集了2012年12月至2015年7月在北大肿瘤进行手术的2451例胃癌样品，筛选得到84对满足研究要求的癌和配对的癌旁组织。自此，科研团队开启了绘制国际首个弥漫型胃癌蛋白质组学图谱和肿瘤驱动基因变异图谱的征程。到2016年6月，科研团队基本完成了84对样品的质谱测量工作，共鉴定到11340个不同的基因产物，这些蛋白质覆盖了肿瘤细胞及肿瘤微环境中所有可能表达的蛋白。

在数据分析过程中，适逢中国学者历时5年建立的国际首个一站式蛋白质组数据分析云平台Firmiana正式运行，该平台催生了胃癌表达谱分子分型工作流、候选药物靶标分析工作流和基因变异与蛋白关联分析工作流的建立，极大地推动了该项研究。

成果丰硕

2017年，科研团队欣喜地发现，仅对84对胃癌与癌旁组织全蛋白表达谱进行聚类分析，就可以将弥漫型胃癌分为三个分子亚型（PX1～3），而且这三个亚型与生存预后和化疗敏感性密切相关。

沈琳表示，这是世界上第一次实现在蛋白层面上对肿瘤进行分子分型，其中PX1型（细胞周期型），总生存时间最长；PX2型 (上皮-间充质转化型)，生存预后介于PX1和PX3之间；PX3（免疫通路富集型）患者肿瘤组织高表达，蛋白富集在免疫响应相关通路和EMT相关蛋白上，总生存时间最短，并且该组患者对化疗不敏感。令人激动的是，此次蛋白分型不依赖于任何基因组信息，体现出作为功能直接执行者的蛋白质，在临床科学中所提供信息的重要性和全面性。

进一步研究后，科研团队筛选出23个与预后相关的胃癌候选蛋白药物靶标，并提示弥漫型胃癌在以下四个通路最有可能找到治疗靶标：经典的肿瘤生长通路、代谢和氧化应激过程、细胞黏附和侵袭过程以及肿瘤和肿瘤微环境中的免疫调控。

北京大学肿瘤医院肿瘤副院长沈琳教授。

同时，科研团队还针对目前热度较高的肿瘤免疫治疗“地形图”进行了详尽的分析。发现最近研究火热的PD-L1/PD1在弥漫型胃癌中鲜有表达，不太可能适合用作弥漫型胃癌的治疗靶标，而包括IDO1、ARG1和CD47/SIRPA等在内的多种免疫相关蛋白在弥漫型胃癌中表达较高，尤其是在PX3肿瘤组织中显著高表达，且表达量与生存时间显著负相关，有可能作为免疫治疗的候选靶标。研究提示，肿瘤的临床试验要利用相应的标志物，须筛选患者入组以提高临床试验的成功率。

此外，科研团队定向检测了276个肿瘤Driver基因的突变，发现183个基因能检出突变。令人吃惊的是，研究发现有13%（25/183）基因虽可以检测到突变，但在癌与癌旁中均未检测到其蛋白表达，在几例患者的样品中，研究人员可以检测到著名的KRAS和NRAS“激活”突变，在癌旁也可以检测到蛋白，但在癌中却检测不到KRAS或NRAS蛋白。这说明基于基因测序作指导的精准医疗，在这些患者中或许会出问题，因为治疗的蛋白靶点在肿瘤中是不存在的。

“弥漫型胃癌蛋白质组研究”可谓成果丰硕，但在葛赛看来，还有许多值得深入探讨的地方。谈及下一步的科研方向，葛赛说道，今后将把该项目扩展到所有胃癌患者并细化分类，比较与现有分型的差异，通过大量的基础生物学实验，来寻求依靠蛋白指导用药的方法。