独辟蹊径，Theranostics：胃镜活检癌组织样本的磷酸化组学分析

本文由景杰学术团队报道

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蛋白质激酶家族是目前抗癌药物开发最主要的研究目标，磷酸化修饰组学广泛应用在癌症研究中，监测癌症的磷酸化修饰组变化有望为激酶抑制剂的优化治疗提供指导。然而，由于手术后缺血对样本的影响或建立模型时癌细胞特性的变化，监测的数据可能不能准确反映患者体内的磷酸化修饰组状态。相比之下，内镜下取活组织样本可实现快速冷冻保存，为临床磷酸蛋白组学提供了新的思路。

今天介绍的这篇文章，于近日发表在国际专业学术期刊Theranostics上。研究人员报道了一种基于胃癌内镜下活检术的磷酸化蛋白组学研究方法，表明通过胃镜活检的磷酸化修饰组学分析能够帮助在临床上更准确的监测治疗性激酶的活性，并最终成为精准医疗的有用工具。

1、基于内镜活检的磷酸化蛋白组学分析方法

研究人员对5个胃癌患者进行肿瘤活检和正常胃活检，运用TMT标记定量进行优化的磷酸化蛋白组学（质谱策略），对采集到的同一患者的内窥镜肿瘤/正常胃粘膜组织样本（样本策略）进行定量比较。

图1 本研究的实验方法综述

2、磷酸化蛋白组学分析结果

研究者从内镜活检样本中鉴定到了4034个磷酸化蛋白质和14687个磷酸化位点，是以往穿刺活检样本的磷酸化组学研究鉴定位点的2倍，表明研究所用的分析方法拥有很高的鉴定深度。比较来自癌组织和正常粘膜的样本，研究发现两者间磷酸化信号差异显著，癌组织中DNA损伤反应(DDR)相关的通路显著富集。表明内镜活检能够准确反映组织中癌细胞的致癌磷酸化信号。

图2 内镜活检组织的磷酸化蛋白组学结果

3、癌症特异性激酶分析

随后，研究者进一步对癌症特异性激酶展开分析，共获得了人类基因组518个激酶中的240个激酶的活性谱。运用KSEA和PTM-SEA法对激酶活性进行评估，分别发现14和18个激酶在癌组织中的活性与正常组织相比有显著差异，其中ERBB2、CHEK2、ATR、CDK4和AURKA等对癌症具有治疗作用。激酶活性谱中包含有43种含有抑制剂或抗体药物的激酶，KSEA法鉴定到的16个激酶、PTM-SEA鉴定的11个激酶和1类磷酸化位点图谱鉴定的22个激酶都包含在其中。这些结果表明，激酶分析具有监测可用药激酶活性的潜力，并可应用于基于药物的激酶抑制剂的重新定位。

图3、使用磷酸化蛋白组数据的激酶分析

4、胃癌DDR信号特异性激活的验证

先前的磷酸化蛋白组学数据表明胃癌中DNA损伤反应(DDR)信号显著富集，在癌症中特异性激活，研究者最后对其他患者内镜活检的磷酸化蛋白组学和胃癌/正常细胞系的WB实验验证了这一猜测。在DDR信号中，调节因子如ATM和ATR，激酶的癌症特异性激活，这与最初的磷蛋白组分析结果一致。western blotting表明与正常胃细胞相比，NCI-N87、KATO-3和MKN45等胃癌细胞系的激酶和磷酸腺苷均增加。结果验证了DDR信号的癌症特异性激活，也表明内镜活检的磷酸化修饰组学方法可以准确监测肿瘤细胞中磷信号的调节。 

图4、验证DDR信号的癌症特异性激活

综上所述，研究者利用独特的基于内镜活检的磷酸化蛋白组学分析方法，对胃癌样本与正常胃粘膜样本进行了分析。研究鉴定到超过10,000个1类磷酸化位点，发现癌症样本与正常组织样本间磷酸化信号的显著差异。研究同时发现激酶分析具有监测可用药激酶活性的潜力，并可应用于基于药物的激酶抑制剂的重新定位。研究表明通过内镜活检的磷酸化修饰组学分析能够帮助在临床上更准确的监测治疗性激酶的活性，并最终成为精准医疗的有用工具。

值得一提的是，研究者通过磷酸化组学分析，揭示了胃癌中DNA损伤反应信号显著富集，在癌症中特异性激活。最新发表在Science Advances的研究发现，巴豆酰化修饰调控肿瘤组织细胞的DNA损伤修复过程（点击阅读详细解读）。这也提示我们更进一步理解蛋白质翻译后修饰在肿瘤代谢中的功能，以及不同的翻译后修饰在调控中的协同。

参考文献

Yuichi Abe, et al., 2020, Comprehensive characterization of the phosphoproteome of gastric cancer from endoscopic biopsy specimens. Theranostics.

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