高通量蛋白质组和磷酸化组分析揭示化疗药物耐药性和糖酵解过程的联系

景杰编者按：靶向药物具有特异性好、毒副作用少的特点，在对癌症的治疗中发挥了重要作用。然而，肿瘤对靶向药物耐药性的产生却是临床实践中遇到的一大难题。在此背景下，如何全面系统地理解耐药性产生的机理是当前癌症研究的热点之一。最近，德国慕尼黑理工大学的研究者在国际著名期刊Cancer Research发表论文，综合分析了拉帕替尼敏感和耐药细胞系中的蛋白质组和磷酸化组，发现AKT信号通路和糖酵解过程在耐药细胞系中发生显著改变，并可以作为针对性的治疗靶标。景杰生物作为全球蛋白质及蛋白质修饰领域的领跑者，可以为您提供从组学筛选到抗体定制的全套解决方案，为您的科研助一臂之力。

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癌症对于化疗药物的耐药性是困扰当前癌症治疗的重要难题，而对相关耐药性产生的机制一直缺乏从蛋白质组水平上的系统分析和研究。拉帕替尼（lapatinib）是一种EGFR家族抑制剂，临床上常用于治疗HER2/ERBB2过表达的乳腺癌患者。在近期的一项研究中，来自慕尼黑理工大学的研究者通过基于质谱的蛋白质组技术，全面分析了乳腺癌细胞对拉帕替尼产生抗性过程中的蛋白质组、磷酸化组和激酶组的变化。结果发现AKT信号通路、糖酵解等过程与拉帕替尼耐药性的产生密切相关，并且可以作为潜在的药物靶标。

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首先，研究人员选择了正常培养的、加药处理的以及耐药性产生以后再加药处理的BT-474乳腺癌细胞系为实验材料，使用二甲基标记的定量方法和基于IMAC的磷酸化富集方法，系统分析了三种细胞系的蛋白质组、磷酸化修饰组和激酶组（图1），总共定量到7,800多个蛋白、9,800多个磷酸化修饰位点和300多种磷酸激酶，构建了完整的蛋白质表达和磷酸化修饰图谱。

图1 拉帕替尼处理敏感和耐药BT-474细胞的蛋白质组分析路线图

接下来，通过一系列生物信息学的方法，研究者分析出了一些已经报道的机制，如AXL的过表达和PI3K的再激活过程等和拉帕替尼耐药性的产生有关。并在此基础上，发现并验证了一些新的应对抗药性的药物靶标：例如，磷酸化组结果揭示出在耐药性的细胞系中，AKT-MTOR信号通路比MEK-ERK信号通路有更强的恢复，而实验证明的确AKT信号通路的抑制剂药物可以更明显地抑制拉帕替尼耐药性细胞系的生存；此外，相比于正常的亲本细胞系，拉帕替尼耐药性细胞系对CDK1抑制剂也表现得更为敏感（图2）。

图2 基于拉帕替尼耐药性模型鉴定出的针对性治疗药物靶点

最后，研究者基于磷酸化组的数据还分析出糖酵解过程相关蛋白在拉帕替尼敏感和耐药细胞系中的磷酸化情况显著不同，进一步检测发现的确糖酵解的中间代谢物在两类细胞中有显著差异。与此相对应的是，耐药性细胞系对于糖酵解的抑制也表现得更加敏感（图3）。

图3 拉帕替尼抗药性的产生伴随着糖酵解代谢通路蛋白中磷酸化修饰的改变

在本项研究中，研究者通过系统比较拉帕替尼敏感和抗药细胞的蛋白质组和磷酸化组，揭示出AKT信号通路、糖酵解过程等可能和抗药性的产生有关，并为拉帕替尼耐药性癌症的治疗提供了新的思路。

参考文献：

Lapatinib resistance in breast cancer cells is accompanied by phosphorylation-mediated reprogramming of glycolysis.