“众里寻她千百度”——蛋白基因组学揭示乳腺癌药物治疗的靶标

景杰编者按：“人源性肿瘤组织异种移植（PDX）”模型是将来自于患者的小块肿瘤或肿瘤细胞植入到实验小鼠体内，被认为能更好地模拟其原生的生长环境，为研究肿瘤提供了一个很好的体内模型。近日，华盛顿大学McDonnell基因研究所医学教授Li Ding团队在Nat. Commun.刊文，以24例乳腺癌病人来源的PDX模型为材料，利用蛋白基因组学整合分析研究PDX的分子分型，并发掘出了一系列酪氨酸激酶受体的靶标基因。此外，在7个PDX模型中，以HER2及PI3K途径成分为靶标的药物疗法实验直观验证了蛋白基因组学所预测的信息。该研究成果证明，以质谱为基础的蛋白组学结合PDX模型验证在鉴定药物作用靶点及评估药物治疗效果方面具有巨大的潜力。景杰生物作为全球蛋白质与修饰领域的领跑者，可以为您提供完善的蛋白组学解决方案，从高灵敏度的修饰类抗体到高通量修饰组学，为您的研究助一臂之力。

随着二代测序技术（NGS）的高速发展，DNA测序比过去具有更快的速度和更低廉的价格，目前NGS已被广泛应用于临床实践，包括实体瘤分析、血液肿瘤分析、遗传病分析和传染病分析；无创产前检测（NIPT）；植入前诊断（PGD）和筛查（PGS）。然后，这一技术在临床上应用仍然存在很多的限制。体细胞突变的信号及生物学效应在不同的癌症患者中并不是一成不变的，事实是，通过大规模的NGS检测尚未发现可作为可靠药物作用靶点的基因组突变。而蛋白质作为生物活动的直接驱动者，全面的蛋白组学分析为检验基因组层面的发现提供了潜在有价值的验证途径，同时也为靶向治疗创造条件。裸鼠人源性异种移植（PDX）可以保留供体肿瘤的组织学和分子异质性。有研究表明乳腺肿瘤PDX包含了原始乳腺肿瘤主要的基因特征和转录本信息。再者，乳腺癌PDX在激素治疗下的药物应答效果与对应患者身上观察到的极为相似。研究表明PDX可以作为潜在的检测药物作用靶点的模拟人体临床症状出现的模型，而目前对于PDX的蛋白组学研究尚有巨大的空缺。

（图1 mRNA层面与蛋白层面数据的相关性）

研究人员选取了24例乳腺癌PDX模型，包含原发灶及转移灶类型，根据PAM50分型，这24例分为10例三阴性，1例CLDN-low，9例luminal B及4例HER2阳性。采用蛋白基因组学手段，研究人员得以系统性评估所有样本的体细胞突变谱，拷贝数变异（CNV），mRNA表达，蛋白表达，磷酸化修饰水平及位点。首先，研究人员对mRNA表达与蛋白丰度之间的相关性进行分析，发现二者之间83.6%呈现正相关，另外KEGG途径分析发现，一些持家基因例如谷胱甘肽代谢在两个组学维度都表现出非常强的正相关，而一些核糖体、剪接体、RNA聚合酶等有关的基因相关性则较弱。

（图2 乳腺癌PDX及患者样本的转录组层面与蛋白组层面聚类）

为了探索PDX模型蛋白组及磷酸化修饰组的分子分型，研究人员对24个PDX中变化最显著的436个蛋白展开聚类分析，获得了两类明显的类群：basal型和CLDN-low为一类，lumial B和HER2为一类。在basal和luminal B亚型分类中，PDX的蛋白组分型与病人的分型享有较高的保真度，basal型中，细胞外基质组织、细胞周期、胶原形成等基因表达上调，而细胞器生成、膜运输相关的基因在luminal B型中表达更高。

随后，研究人员筛选出几个异常表达（outlier）的基因包括HER2、PI3K作为药物靶点在PDX中进行了验证。例如，用拉帕替尼（lapatinib，一种口服HER2激酶抑制剂）处理2个HER2高表达及高磷酸化PDX（WHIM8和WHIM35）和2和HER2低表达模型（WHIM6和WHIM14），如预期，WHIM8和WHIM35肿瘤的生长受到明显抑制，而WHIM6不受影响（如图3）。

（图3 乳腺癌PDX的靶向治疗结果）

结论：传统上乳腺癌的分类主要依据激素受体状况及特征基因的表达情况。由于绝大多数药物的作用靶点是蛋白质，因此系统评估乳腺癌的蛋白质组对于筛选治疗药物及预测药物应答效果更为有效。此项研究以乳腺癌病人来源的肿瘤细胞异体移植模型为材料，展开蛋白基因组联合分析及后期验证，获得与临床样本极为相似的实验结论，表明该模型可能可以作为癌症治疗中有效的预测模型。

Huang K, Li S, Mertins P, et al. Proteogenomic integration reveals therapeutic targets in breast cancer xenografts. Nat Commun, 2017, 8.

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