南方科技大學(xué)理學(xué)院田瑞軍等，研究開發(fā)了一類多維度臨床功能蛋白質(zhì)組學(xué)分析策略，并利用該策略系統(tǒng)解析了胰腺癌腫瘤微環(huán)境中的細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)。研究為發(fā)現(xiàn)全新胰腺癌標(biāo)志物、藥物靶點提供了系統(tǒng)功能蛋白質(zhì)組大數(shù)據(jù)和新思路。（Nature. 2024年11月13日在線版）

胰腺導(dǎo)管腺癌（PDAC）是胰腺癌的主要類型，也是最致命的腫瘤類型之一，患者5年生存率不到10%，中位生存時間不到6個月。多數(shù)診斷時即是晚期，開發(fā)早期診斷生物標(biāo)志物和有效的靶向治療藥物對改善患者預(yù)后至關(guān)重要。

腫瘤微環(huán)境影響腫瘤發(fā)生發(fā)展和免疫逃逸，胰腺導(dǎo)管腺癌的腫瘤微環(huán)境中，存在大量非惡性間質(zhì)細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)，這些成分與腫瘤細(xì)胞存在密切相互作用，促其增殖轉(zhuǎn)移和耐藥。通過基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學(xué)可系統(tǒng)探討胰腺導(dǎo)管腺癌細(xì)胞間的信號傳導(dǎo)過程，目前蛋白質(zhì)組學(xué)研究多處于細(xì)胞水平，或通過收集塊狀腫瘤樣本來開展，這些手段僅能獲得平均化分析結(jié)果，難以全面揭示臨床樣本真實功能蛋白質(zhì)組特征。

研究者為此開發(fā)了一種臨床功能蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)TMEPro，該技術(shù)從底層原理出發(fā)，從濕實驗和干實驗兩方面入手，采用多種蛋白質(zhì)組學(xué)策略多維度解析腫瘤樣本中功能蛋白質(zhì)組特征，系統(tǒng)性解決了此前技術(shù)面臨的難題。

TMTPro能從5個緯度對同一微量腫瘤樣本進(jìn)行分析。分泌蛋白和膜蛋白（簡稱S-PM蛋白）是細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵調(diào)控機(jī)器，也是最重要的生物標(biāo)志物和藥物靶點，因此，TMTPro策略針對S-PM蛋白進(jìn)行了規(guī)?；治觥?/span>

由于大部分S-PM蛋白都具有高度糖基化的分子特征，新研究開發(fā)了基于雙功能肼化學(xué)探針的糖蛋白標(biāo)記策略，以此來同時富集這兩類重要的功能蛋白。該策略在100例PDAC等臨床組織樣本中共鑒定了近3000種 S-PM 蛋白，覆蓋了一半左右的人類蛋白組中已知的S-PM蛋白質(zhì)組。

此外，該策略還鑒定出了大量已知的癌癥生物標(biāo)志物和藥物靶點。研究者也構(gòu)建了目前最大規(guī)模、覆蓋最全面的S-PM蛋白組大數(shù)據(jù)集，為研究胰腺癌細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)和發(fā)現(xiàn)新的胰腺癌生物標(biāo)志物和藥物靶點提供了堅實的大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

為了進(jìn)一步解析S-PM蛋白質(zhì)組的細(xì)胞類型來源和細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)流向，研究者開發(fā)了空間可視化蛋白質(zhì)組學(xué)分析策略，系統(tǒng)地分析了13例PDAC腫瘤組織樣本的癌細(xì)胞區(qū)域和基質(zhì)細(xì)胞區(qū)域，得到了目前最大的PDAC空間蛋白組數(shù)據(jù)集。

上述數(shù)據(jù)集可實現(xiàn)對S-PM蛋白質(zhì)組中近80%蛋白的細(xì)胞類型定位注釋。研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞外基質(zhì)通路相關(guān)蛋白主要富集于間質(zhì)細(xì)胞，而絕大多數(shù)轉(zhuǎn)運體相關(guān)蛋白則是來源于癌細(xì)胞。此外，研究者系統(tǒng)分析了兩種細(xì)胞類型間的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，共鑒定了260余對癌細(xì)胞與基質(zhì)細(xì)胞間的旁分泌配體-受體膜蛋白信號軸。

研究者進(jìn)一步解析了S-PM蛋白組隨胰腺癌演進(jìn)的動態(tài)變化趨勢。研究者收集了PDAC模型KPC小鼠，早中晚期的腫瘤樣本從時間維度上定量地對S-PM蛋白組進(jìn)行分析。通過系統(tǒng)比較人類來源數(shù)據(jù)與KPC小鼠數(shù)據(jù)中顯著性變化的蛋白，研究者發(fā)現(xiàn)大部分蛋白具有一致的變化趨勢，首次從組學(xué)層面證明了KPC小鼠在PDAC功能蛋白質(zhì)組學(xué)研究中的合理性。

上述組學(xué)數(shù)據(jù)的聚類分析揭示出S-PM蛋白質(zhì)組具有3種顯著的變化趨勢。其中，已報道的腫瘤標(biāo)志物和藥物靶點主要集中在中晚期才開始上調(diào)的數(shù)據(jù)集中，這里揭示了晚期胰腺腫瘤中活躍的細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)；而在腫瘤發(fā)展早期就顯著上調(diào)的數(shù)據(jù)集，為發(fā)現(xiàn)新的早癌篩查標(biāo)志物和藥物靶點提供了重要的臨床大數(shù)據(jù)資源。

酪氨酸磷酸化（pTyr）是細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)激活的重要特征，異常的pTyr與腫瘤發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。為盡可能全面解析微量腫瘤組織樣本中的pTyr蛋白質(zhì)組，研究者通過兩種蛋白質(zhì)組學(xué)策略對其進(jìn)行分析。

首先，團(tuán)隊通過前期開發(fā)的三功能化學(xué)交聯(lián)探針，實現(xiàn)對pTyr修飾蛋白和相互作用蛋白的定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析；其次，通過高選擇性直接富集pTyr多肽實現(xiàn)高靈敏度pTyr位點鑒定。這兩種策略的聯(lián)合分析，實現(xiàn)了對pTyr蛋白質(zhì)機(jī)器中酪氨酸激酶、酪氨酸磷酸酶以及酪氨酸磷酸化結(jié)合蛋白深度解析，并發(fā)現(xiàn)該蛋白質(zhì)機(jī)器在胰腺癌中普遍高度激活，為細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)解析提供了關(guān)鍵功能維度數(shù)據(jù)。

研究者對上述4個維度的蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)的多維度整合分析，構(gòu)建了胰腺癌腫瘤微環(huán)境中癌細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞的雙向分泌配體-受體膜蛋白-下游功能蛋白信號軸，共解析出1600多種關(guān)鍵的細(xì)胞間信號軸。研究者挑選了血小板衍生生長因子和受體（PDGF-PDGFR）介導(dǎo)的，從腫瘤細(xì)胞到間質(zhì)細(xì)胞的旁分泌信號軸進(jìn)行驗證，證明上述臨床功能蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)的可靠性。

研究者通過進(jìn)一步功能蛋白質(zhì)組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)了一個新的癌細(xì)胞-間質(zhì)細(xì)胞互作的雙向信號環(huán)路，即癌細(xì)胞分泌的PDGF通過激活CAF細(xì)胞的PDGFR-PTPN11-ERK-FOS信號通路，調(diào)控CAF細(xì)胞分泌配體蛋白LIF的表達(dá)和分泌，進(jìn)而激活癌細(xì)胞的LIFR-GP130-STAT3通路。研究者此前發(fā)表的文章發(fā)現(xiàn)了LIF在胰腺癌中的重要生物學(xué)功能，并系統(tǒng)證實了其作為有效治療靶點以及腫瘤診斷標(biāo)志物的潛力。值得一提的是，首個中和性LIF抗體靶向療法，正在開展經(jīng)美國FDA批準(zhǔn)的Ⅱ期臨床試驗。

最后一個維度的TMEPro分析，是基于創(chuàng)新預(yù)測算法的腫瘤微環(huán)境中膜蛋白胞外區(qū)脫落分析。該分析源于TMEPro分析策略發(fā)現(xiàn)的數(shù)百種顯著性變化蛋白酶，研究者在此基礎(chǔ)上成功地預(yù)測了22種高可信的發(fā)生膜外區(qū)酶切脫落的膜蛋白。研究者對發(fā)生酶切脫落最顯著的受體酪氨酸激酶AXL進(jìn)行了系統(tǒng)地驗證，并發(fā)現(xiàn)MMP1和MMP11是胰腺癌腫瘤中特異性調(diào)控AXL等膜蛋白胞外域脫落的蛋白酶。

由于AXL與腫瘤進(jìn)展密切相關(guān)，且其激酶抑制劑已經(jīng)進(jìn)入美國FDA批準(zhǔn)的胰腺癌Ⅱ期臨床試驗，研究者對這一額外維度的細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)軸進(jìn)行了系統(tǒng)的功能研究。其開發(fā)了空間糖蛋白質(zhì)組學(xué)分析流程，并對50例腫瘤組織中AXL胞外域、AXL完整蛋白及其分泌配體蛋白GAS6實現(xiàn)了極具挑戰(zhàn)的絕對定量分析。

上述分析揭示約70%的AXL都發(fā)生了胞外域脫落，并發(fā)現(xiàn)當(dāng)脫落的AXL量小于其配體GAS6時，患者更趨向于發(fā)生轉(zhuǎn)移。更重要的是，研究者通過靶向酪氨酸磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)分析等系統(tǒng)證明游離的AXL可以極高親和力地結(jié)合GAS6，進(jìn)而顯著抑制AXL信號通路的激活。

此外，研究者在66例PDAC類器官的聯(lián)合給藥實驗中發(fā)現(xiàn)聯(lián)合抑制AXL的激酶活性和蛋白酶介導(dǎo)的胞外域脫落具有顯著的協(xié)同效應(yīng)，并在小鼠移植瘤和原位瘤模型中得到驗證。

基于該項研究所開發(fā)的多維度臨床功能蛋白質(zhì)組學(xué)分析策略TMEPro，及一個交互式數(shù)據(jù)檢索網(wǎng)站TMExplorer，不僅為系統(tǒng)解析腫瘤等組織微環(huán)境中的細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)提供了新穎的系統(tǒng)水平功能蛋白質(zhì)組學(xué)分析工具，還為探尋胰腺癌治療和診斷的分子靶點提供了重要的大數(shù)據(jù)集。此外，研究所發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)回路和基于定量空間糖蛋白質(zhì)組學(xué)分析的額外維度細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控有望為胰腺癌靶向藥物臨床研究提供有益線索。

（編譯 王涵曦）