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1、临床量白质组学与结直曲病精准卷治研究进展(附图表)摘要蛋白质蛆学(PrOteOmiCS)是研究细胞、组织、体液或生物体的全部蛋白质的新兴交叉科学,对蛋白质进行整体的定性、定玻和动态鉴定,井阐秣其生物学功能.21世纪以来,随着质谱(massspectrometry,MS)技术进步,蛋白质组学获得了快速发展.肿瘤是具有高度异质性和动态演化的疾病,基于质谱技术的临床蛋白质组学可以分析肿痛组织中的肿瘤细胞、间质细胞、免疫细胞、细胞外基质,以及其他体液的蛋白质组变化,为认识肿物病变机制以及发现肿痼生物标志物和治疗靶标等提供了重要技术手段,多个跨国学术组织已经开展大规模临床肿瘤样本蛋白质组研究.结直肠癌(
2、colorectalcancer,CRC)是全世界第三常见癌症以及第二癌症相关死因.我国近年来社会和经济发展迅猛,人们的生活方式和饮食结构出现了变化,结直肠鹿的发病率与死亡率持续上升洞时患者呈现出越来越年轻的趋势.近年来,临床蛋白质组学在阐明结直肠混发生发展分子机制、寻找生物标记物和药物靶点、推动临床肿瘤精准诊治研究等方面取得重要研究进展.未来随着单细胞和原位空间蛋白质组学技术以及人工智能等技术的发展,将进步推动大规模的临床样本蛋白质组研究,并联合多组学研究,为降低肿瘤发病率和死亡率发挥重要作用.本文主要对国内外临床蛋白质组学在结直肠癌精准诊治研究中的进展进行综述.自21世纪以来，全球各国纷纷
3、启动了人类蛋臼质组研究.2001年,随着人类基因组计划(humangenomeproject,HGP)公布人类基因组草图及初步分析结果，国际人类强白质组组织(humanproteomeorganization,HUPo)成立并启动了“人类蛋白质组计划(humanproteomeproject,HPP),旨在解析所有人体组织蛋白质.2003年,瑞典启动了人类蛋白质图诣(humanproteinatlas,HPA)项目.HPA项目以其独有的抗体库闻名，基于免疫蛆织、细胞化学绘制r人类蛋白质组的图谱，并可在WWW.proteinatlas.org上公开获取.HPA项目以抗体免疫技术(antibody
4、-profilingmethod)为平台，在图谱基础上,测绘蛋白质亚细胞结构定位的细胞图谱(Cellatlas),对近8000名患者的数据进行分析，总结出17种常见癌症中，全部蛋白编码基因表达的情况，并将数千种特定痼症相关基因与患者生存情况联系起来，发掘出了32种与80%人类癌症相关的“公共”基因.2006年，美国国家瘠症研究所(NatiOnalCancerInstitute,NCD启动了临床蛋白质2且学分析联盟(CIiniCalproteometumoranalysisconsortium,CPTAC),旨在通过多项国内国际合作，对在瘤症基因组图谱(thecancergenomeatlas,
5、TCGA)计划中经过基因组测序的肿瘤进行做白质组学研究.目前，CPTAC数据集包括子宫内膜癌、肾粕、肺腺将、鳞状细胞癌、乳腺癌、结肠癌、卵巢癌、脑癌、头颈癌和胰腺癌等，运用基因组学、转录组学、蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学分析，并提供标准的临床人口统计数据和组织学图像.CPTAC强调多组学方法在深入理解癌症发生机制、疾病特征以及潜在治疗途径方面的重要性.proteomeproject,H1.PP),并牵头组织了聘国研究，旨在分析人类肝脏组织蛋白质组，d找并解析与人类肝脏重大疾痛和垂耍生理功能相关的蛋白质,为人类肝病的防治和新药研发提供科学依据.2003年“中国人类蛋白质组组织(ChinahUma
6、nproteomeorganization,CNHUPo)成立.2014年,国家俄白质科学中心(“凤凰中心”)发起中国人类蛋白质蛆计划(Chinahumanproteomeproject,CNHPP),以中国重大疾病的防治需求为牵引，发展蛋白质组研究相关设备及关键技术，绘制人类蛋白质组生理和病理精细图谱，开发了相关数据平台，揭示疾病的发病机制和病理过程，发现系列新型诊断标志物、治疗靶点和创新药物，为全面提高疾病防诊治水平提供新策略新手段.迄今，CNHPP在胃癌和肝癌等恶性肿痛蛋白质组学研究中取得一系列的重大原创性突破.2022年第21届国际蛋白质组学大会上，贺福初院士作了人体蛋白质组导航计划(
7、the11-HuBproject,theproteomicnavigatorofthehumanbody)启动报告，联合全球科技力量构建了一张跨学科、跨领域、跨组织的协作网络，吸引了一批具有全球影响力的国际组织和科学家加盟，旨在绘制空间蛋白质组图,定义很白质组的时间和空间的概念、追踪以蛋白质组为中心的谱系轨迹，模拟元智人、通过计算建模建立一个元智人虚拟空间.表1对代表性国际肿痛蛋白质组研究项目进行了总结.表1代表性国触肿病,白质蛆研究项目启动年份名称缩写特点2001HPP人体组织所有蛋白质测能力.十余年来，基于临床患者队列的大规模质谱检测开始进入结直肠癌蛋白质组研究领域.2014年，CPTAC
8、团队完成了首个大规模的结肠癌浅白质基因组学研究，聚焦于结肠肿瘤的基本特征，鉴定了与临床结果相关的五种蛋白质组亚型，并确定了潜在的驱动基因，为解群基因组异常提供了功能背景，为理解癌症生物学提供了新的依据，以上内容总结于表2.表2结直届癌查白质的学研究简要历程研,研究内容主要发现象对比结直肠癌细胞系SW480和SW620的蛋白质细胞系组变化，分析正常肠上皮细胞内、细胞膜、分泌的蛋白质组变化发布“结肠直肠癌图集”，组织与涵盖1万余例结直肠癌组织细胞系和100多个细胞系综合分析了44个不同类型确定肿瘤细胞与正常细胞之间的蛋白质组差异为研究提供了丰富的数据资源强调系统的蛋白组学研究在药物作用靶点预测和药
9、物反应性分析中的优势细胞系结直肠癌细胞系的蛋臼质组学与转求组学研究对研究内容主及发现成功区分了不同的结直肠鹿对90名结直肠粕患者群体临床组分子亚型，鉴定了MERTK进行了蛋白组和转录组深入织队列作为对MEK1/2抑制剂分析耐药性的潜在预测指标确定了与临床结果相关的五CPTAC团队完成了首个大临床组种蛋白质组亚型，确定了潜规模的结肠癌蛋臼质基因组织队列在的驱动基因，为理解基因学研究组异常提供了功能背景3基于临床量白质的学的结直属癌发生发展机制研究蛋白质组学在研究正常和肿瘤组织中的蛋白质表达差异、翻译后修饰、复合物组分以及蛋白质相互作用等方面发挥着重要作用.结宜肠癌的临床蛋白质组学研究侧重于探究癌
10、绡织与播旁或正常组织、不同分期、转移灶与非转移灶，以及对照组和治疗组之间等的蛋白质细型异，以揭示结直肠瘙发生发展的机制.患者来源的样本包括肿瘤冷冻新鲜组织、福尔马林固定石蜡包埋组织、液体活检(如血浆、血清等)以及粪便样本等.两个独立的实髓室使用蛋白质组学研究发现人类溟素蛋白4(olfactomedin-4,O1.FM4)在结直肠癌的早期呈现过表达，可能成为结直肠癌的生物标志物.Peng发现，DMBT1、S100A9、GaleCtin-IO和S100A8这4种蛋白参与细胞周期、细胞独附、蛋白合成等多种生物功能，在结直肠癌发生发展中起到重要作用.Saleem等人比较了健康组织，非腺瘤性结肠息肉，非
11、转移性肿瘤和转移性肿瘤的蛋白质组，也发现肿瘤组织中SlOOA9升而以及CaVeOlilIT表达的降低.KarCZmarSki等人分析了12对结直肠癌组织和正常黏膜组织，忏次发现结直肠癌组织中H3K27Ac在肿痛组织中明显增多Yin等人通过蛋白质组学方法对30例不同临床分期结直肠癌组织进行r大规模定量分析，证实两种细胞迁移相关蛋白玻连蛋白(VTN)和肌动蛋白相关蛋白伍RP3)在原发灶和转移灶同步上调，而整合素5(ITA5)在转移组织中的表达水平降低，这对早期发现结直肠癌转移有重要意义.郑树教授团队采用了优化的压力循环技术(PreSSUrecyclingtechnology,PeT)与数据独立采集
12、(data-independentacquisition,DlA)质谱相结合，通过比较不同临床阶段的结直肠癌与正常结肠组织样本中的蛋白质表达，发现ProCOIIagen-1.ySine、2-Oxoglutarate5-Dioxygenase2(P1.OD2)与结直肠癌的发展进程密切相关，有可能作为阻断致癌过程的潜在新治疗靶点.郑树教授团队针对结直肠癌肝转移机制的研究发现，SPARC1.1是一种具有恶性肿痛抑制潜力的细胞外基质糖蛋白，可能通过间质上皮转化抑制结直肠癌的侵袭性，并收集了19802004年来自美国希望之城国家医疗中心的222例结直肠癌(训练集)和19992006年期间来自浙江大学附属
13、第二医院的412例结直肠癌(胶证集)进行回顾性研究分析，发现SPARC1.l的高表达与不良分化和转移呈负相关，预测CRC更高的生存率.上述相关研究内容汇总于表3.表3基于临床白廉组学的结直版癌发生发展机制研克相关锻白主要作用O1.FM4结直肠癌早期生物标志物DMBT1、SlOOA9、Galecti在结直肠癌发生发展中发挥重要作用n-10、S100A8SlOoA9、Caveolin-1结直肠癌蛋白组差异H3K27Ac结直肠癌组织中的翻洋后修饰Fibronectin,Actin-related细胞迁移相关蛋白protein,Integrin5P1.OD2结直肠癌发展密切相关SPARC1.1抑制结直
14、肠癌侵袭性，预测生存率4修床量白质蛆学与结直聒嘉生物标志物和药物况标以及精准线治研究2015年，国际结直肠癌亚型联盟报道了主要必于基因组和转录组大规模数据研究，涵盖了包括TCGA在内的18个结直肠癌数据集的4151例患者，将结直肠癌分成4个具方显著特征的分子亚型(consensusmolecularsubtypes,CMS),即CMSl(microsatelliteinstabilityimmune)、CMS2(canonical)、CMS3(metabolic)、CMS4(mesenchymal),以及一些具有混合特征的类型.这些亚型具有明确的生物学可解释性，为结直肠癌的临床分层和基于亚型的
15、靶向治疗提供r基础.然而，尽管基因组和转录组水产的研究取得了不少进展，但.蛋白质作为真正驱动细胞行为的因素，其调控异常对肿解行为产生的影响在很大程度匕未被阐明.因此，临床蛋白质组学的加入显得尤为It要，特别是与其他组学数据相结合，可以更深入地了解癌细胞中发生的分子变化，发现其他组学研究难以发现的肿痛标志物.此外，迄今绝大多数抗癌药物的靶标是蛋白质，因此临床蛋白质研究可能最适于发现新的药物靶点.临床蛋白质组学分析还可以帮助验证通过基因组分析鉴定的潜在治疗靶点.通过确认特定蛋白质变化的存在和功能相关性，研究人员可以对治疗靶点进行优先排序和脸证，进步研究和开发针对特定分子变化的靶向疗法.2019年，
16、Cptac团队对前瞻性收集的结肠癌队列进行r首次蛋白质基因组学研究.他们收集了Iio名结肠癌患者的血液、肿痛组织和癌旁蛆织进行了基因组、转录组、蛋白质组学和磷酸化浅白质组等研究，产生了结肠旃相关蛋白和磷酸化位点的大盘数据，包括已知和潜在的新生物标志物、药物靶点和肿病抗原.俄白质组和基因组整合分析不仅验证了基因组推测的靶标，而且还产生了新的发现.例如蛋白质组研究发现CRC中SOX9的截短突变去除K398泛素化位点可以稳定SOX9蛋白并增加蛋白丰度，导致其产生致癌作用.再如RB在大多数癌种中扮演抑癌基因角色，但在结肠庭中过表达，磷酸化蛋白质组学数据发现，在结直肠瘤中，CDK2使Rb磷酸化修饰增加而
17、不是突变或缺失,使Rb丧失抑制E2F1的功能，从而驱动结肠癌增殖、抑制凋亡，最终促进结直肠癌发展.这一发现也提示靶向Rb磷酸化治疗结肠瘠的可能性2020年中国科学院团队应用多组学方法对来自中国结直肠癌队列的146例患者（包括70例转移性和76例非转移性结直肠癌患者）进行研究.利用DIA蛋白质组学技术产生480个样本的俄白质组和磷酸化蛋白质组数据，井对原发性肿痫和正常组织之间的2440种差异蛋门进行了一致性聚类，得到具有不同分子特征和临床预后的3个CRC亚型.他们发现对于转移性结直肠癌，无论微卫星状态（microsatelliteinstability,MSI）如何，在原发灶和转移灶中均观察到突
18、变谱的高度致性，但蛋白质组有明显差异.激醐网络分析也显示原发结直肠肿都与其肝转移瘤之间存在显著的异质性.微小人源肿瘤移植物为基础的药物模型提示即使是同病人的原发灶和转移灶，对相同药物的反应也不尽一致，磷酸化蛋白质组在预测药物敏感性方面优于基因组.在体液检测中，外周血蛋白质组学增加了发现新标志物的可能性，前提是它们能够反映癌症的早期阶段，并且能够作为CRC的预后预测因子.CEA和CA199虽然使用最多但在CRC中的早筛预测作用较差，仅方少数CRC相关蛋白质在血清中进行了监证.再回顾性研究发现，MSTl/STK4、S100A9和TIMPl在CRC检测中表现出了优异的性能，但在适合临床使用的还需要进
19、一步验证.郑树教授团队使用TMTItandemmasstag）标记的蛋白质组策略在临床样本中发现纤维蛋白原A处HibrinOgCn,FGA）在外周血外泌体中能白水平和璘酸化水平在痼症患者中明显升高，而单纯血浆FGA含减不能有效地区分是否为癌.考虑到临床检测的时效性，团队优化蛋白检测方位为DlA-MS策略，将通成大大提高.局部进展期直肠癌（locally术和脉冲式数据非依赖采集技术质谱深度检测r训I练队列58例1.ARC患者11CRT前的活检组织蛋白图谱，并挖掘到FOS1.2蛋白可作为1.ARC患者nCRT的敏感性标志物，利用质谱多反应监测技术建立了FoS1.2单蛋白质谱定玷方法.上述结直肠癌蛋
20、白质主要分子分型与生物标志物的研究结果汇总于表4.表4结宜属癌膏白盘生物标志物研究研究类型分型/标志物主要作用分子分型CMS分型提供结直肠癌临床分层和靶向干预基础大规模临床队列Rb磷酸化发现新的生物标志物、药物靶点和肿瘤抗原大规模临床队列三个CRC亚型具有不同分子特征和临床预后血清蛋白质组学MSTl/STK4、SlO0A9和TIMPI增加发现新标志物的可能性，预测CRC预后血浆外泌体组学外泌体FGA区分结直肠癌患者、结直肠腺瘤患者与健康人肿瘤生物标志物组与影像学特征结合c-MYC,PCN,TIMPl改善1.ARC患者预后预测新辅助治疗生物标TCF4顼测1.ARC患者对nCRT志物的敏感性新辅助
21、治疗生物标P1.ECKTKT.HA鉴定对nCRT响应的表达志物DHA、TAG1.N差异蛋白新辅助治疗生物标差异表达能白帮助理解1.ARC患者对n志物CRT的反应性新辅助治疗生物标神经酰胺降解途径在nCRT有反应的肿痂中志物下调新辅助治疗生物标FOS1.2作为1.ARC患者nCRT的志物敏感性标志物研究类型分型/标志物主要作用迄今结直肠癌的放化疗、靶向治疗，以及免疫治疗与组学的研究，主要是基因组和转录组水平的研究，未来系统地基于临床蛋白质组学指导的结直肠癌精准诊治、疗效评估，以及耐药机制等的研究具布极大的发展空间.5小床膏白质但学研究与结直JR癌鼻质性肿痛异质性是指肿瘤组织内部存在着不同细胞类型
22、、基因表达模式、蛋白质表达水平或其他生物学特征的差异.消化道肿痛的异质性较大，因此以往整个肿胸组织的基因组学的数据容易因肿谕异质性混淆.消化道肿瘤的异质性主要体现在组织内部的差异、肿痛位置的差异、能白质表达模式差异.激光显微切割方法可以定位蛆织内部不同肿痛区域，某些蛋白质具有区域表达的特异性,例如，MACCl在肿瘤区域显著过表达，并且从肿瘤中心到侵袭前沿逐步增加.肿瘤位置的差异指结直肠肿瘤在不同位置的异质性，例如左半结肠癌(ICftcolonCanCer,1.CC)与右半结肠癌(rightcoloncancer,RCC),以及与直肠旃之间存在的差异.相比于结肠，直肠癌发生的频率更高RoH等发现
23、，与细胞周期进程密切相关的几种蛋白质，在结肠癌和直肠癌中的，其他表达水平和基因扩增是不同的，尤其是细胞周期蛋白，这表明结肠癌和直肠癌之间存在不同的基因表达模式和生物学机制.临床数据提示，与1.CC和直肠癌相比，RCC的预后更弟Shen等发现有16种蛋白质在1.CC和RCC之间差异表达，1.CC中高度表达HSP-60和PDIAl等，而RCC中高表达EEFlD和HSP-27等.结直肠癌多发生肝脏转移，导致患者生存缩短，Turtoi等在8例结直肠癌肝转移病例中，确认了原发灶和肝转移灶的细胞外和膜蛋白质组的异质性，但也发现1.TBP2和TGFBI在结直肠癌肝转移灶中的一致性表达.针对未来的肿瘤生物学探
24、究，多维度组学分析尤为关键.这不仅要求我们秉承对癌症深层次认知的追求，而旦还需针对同一肿瘤不同部位的样本进行充分的采集与深入的研究,以常握肿瘤在空间分布上的多样性.此外，探讨结直肠癌等异质性时，科研人员必须根据具体的生物学问题和研究的实际应用来选择合适的实验策略，兼顾各种手段的特点，在方效性与可行性之间做出平衡6展里结直肠癌通常起源F一个非恶性的息肉，经过多年的发展逐渐演变为恶性肿痛，这为我们提供了广阔的干预空间.临床浅白质组学的发展极大推动了包括结直肠癌在内的各种肿瘤的病变机制、早期发现和临床精准诊治的研究.2023年9月，第22届国际蛋白质组学大会(HUPO2023)的会议报告内容反映了肿
25、瘤蛋白质组学的热点领域和发展趋势.(1)单细胞蛋白质组学和空间蛋白质组学：随着单细胞测序技术的发展，单细胞浅白质组学和空间能白质组学成为新的研究热点.这些技术结合了原位成像技术和单细胞图谱研究，能够在原位空间水平上研究单个细胞的蛋白质表达和定位，有助于揭示肿相的异质性和病理机制；(2)互作蛋白质组学：互作蛋白质组学探究蛋白质之间的相互作用和在细胞中的复合物形成，结合蛋白质修饰组学可以深入理解蛋白质互作对肿瘤发展的影响；(3)多组学整合分析与人工智能：将蛋白质组学数据与基因组学、转录蛆学、代谢组学等其他组学数据整合分析，可以仝面理耕肿瘤的分子机制和发展过程，发现更多的靶标和治疗策略.与人工智能整
26、合,特别是机器学习和深度学习技术的应用，我们可以利用这些技术来处理和解释大规模蛋白质蛆数据，从中发现更深层次的模式和关联，提高生物标志物的筛选效率和精确性；(4)大规模临床队列：使用高通量新技术手段，通过大规模临床队列的标本进行能白质组学研究以发现肿瘤标志物，加强临床样本的能白质组学研究，建立更完善的数据库和临床样本库，促进蛋白质组学技术的临床转化，加速新的生物标志物和治疗靶点的临床应用；(5)血浆蛋白质组学：新蛋白质组学技术在血浆蛋臼质组学中将聚焦于研究低丰度蛋白富集技术和高深度质谱检测技术，推动其在肿痛领域的众多应用；(6)蛋白质组学促进肿痛精准医学的发展，包括促进根据肿痼生物标志物的肿瘤精准分型诊断，促进肿瘤患者分层精准治疗包括疗效预测和疗效动态监测评价、耐药机制研究，以及患者预后等.最终，临床送白质组学的发展对未来临床肿病诊治模式将产生重大影响，最终降低肿痛发病率和死亡率.
