编者按：肝癌是全球癌症死亡的第三大原因，分为原发性和继发性两大类。其中，肝细胞癌（hepatocellular carcinoma, HCC）占原发性肝癌的90%以上，虽然手术治疗在早期阶段可能有效，但术后五年总生存率仅为50-70％。针对这一现状，对 HCC 患者准确分型，发现新的治疗靶点，进而进行精准有效治疗具有重大的临床指导意义。
2月28日，国家蛋白质科学中心（北京）贺福初院士团队、钱小红教授团队联合复旦大学附属中山医院樊嘉院士团队于 Nature 在线发表Proteomics identifies therapeutic targets of early-stage hepatocellular carcinoma。该文章有别于传统的基因分型方式，从蛋白质组学层次出发，以蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学数据为主，辅以基因组、转录组数据，对早期 HCC 进行了分型，发现了 HCC 治疗新靶点 SOAT1，提供了一种可行性的精准医学研究新思路，为国内蛋白质组学里程碑式的成果。
研究人员对110个与乙型肝炎病毒感染相关的临床早期HCC患者的癌组织和癌旁组织，进行蛋白质组学和磷酸蛋白质组学研究， 辅以基因组/转录组分析，将该队列分为亚型 S-I、S-II和S-III，每种亚型具有不同的临床结果。其中 S-III 术后复发率高，生存率低。研究发现 S-III 胆固醇稳态受损，与 SOAT1 密切相关。在细胞和动物水平敲除 SOAT1 并进行阿伐麦布（一种调控血脂的药物）给药治疗后，发现 SOAT1 低表达有效抑制肝癌细胞的增殖和迁移。
方法流程
研究结果
1. 定量蛋白质组、磷酸化修饰蛋白质组、基因组、转录组数据展示
样本队列为110例早期 HCC 患者手术切除的原发癌组织和癌旁组织成对样本。
研究者对101个癌组织和98个癌旁组织进行 Label-free 高深度定量蛋白质组学分析，得到9252个蛋白质（对应9,142个基因）；对103对癌和癌旁组织进行高深度磷酸化蛋白质组学分析，得到27,651个磷酸化位点（来源于5,847个蛋白质）。肿瘤中鉴定的蛋白质数量（平均5,953个蛋白质）显著高于配对的癌旁组织中鉴定到的蛋白质数量（平均5,114个蛋白质）（图1）。
对93对癌和癌旁组织进行全基因组测序，鉴定到6,863个基因。其中有11,733个非沉默突变和8,986个沉默突变，17个复发突变基因。对35对癌和癌旁组织进行 RNA 测序，分析到16,457个蛋白质编码基因。
图 1 乙型肝炎病毒（HBV）相关早期 HCC 中蛋白质鉴定结果展示
2. 多组学关联分析通路富集、肿瘤抑制因子、氨基酸突变
蛋白质组与转录组数据通路富集分析显示细胞周期、整合素、PDGF 信号传导、MAPK、TNF 和 MET 等途径功能增强，PPAR 信号传导和代谢相关途径减弱。磷酸化蛋白质组数据表明磷酸化在早期 HCC 的炎症和细胞转移中非常活跃。这表明早期HCC 中便体现出分子的多样性，为后续癌症分型提供了基础。
基因组、转录组、蛋白质组与磷酸化修饰综合分析发现早期 HCC 与 p53 肿瘤抑制因子突变失活、磷酸化修饰调控 mTOR3 活性以及 WNT 通路关键蛋白氨基酸突变密切相关，共同调控肿瘤细胞的生长和增殖。
3. 主成分分析，将 HCC 分为三种主要蛋白质组亚型
主成分分析将与乙型肝炎病毒（HBV）感染相关的早期 HCC肿瘤队列分为三种主要蛋白质组亚型：亚型S-I（36例），S-II（32例）和 S-III（33例）（图2a）。与此样本队列的临床数据（生存曲线）进行印证，发现 S-III 患者复发性高，死亡率最高（图2b,c）。该结果在另一 HCC 队列（复旦队列）中得到进一步验证。这些结果表明 S-III 与肿瘤预后不良有关。同时研究者还在三种蛋白质组亚型中鉴定了与特定预后相关的多种蛋白质，例如 SLC3A2，PRPF4 和 SOAT1，这些标志物在 mRNA 和蛋白质两个组学水平一致性并不好，这也表明了蛋白质组学在疾病标志物、分型方面的潜力。
图2 HBV 相关早期 HCC 的蛋白质组学亚型及在不同样本队列中的临床生存曲线
4. 通过多组学数据进一步探究 HCC 不同亚型特异性，锁定关键蛋白 SOAT1
对不同亚型的差异表达蛋白、差异磷酸化修饰蛋白（蛋白质组作为主数据）、差异表达基因（转录组作为辅助印证）进行基因富集分析鉴定出34个核心途径。与 S-I 和 S-II 相比，S-III 与预后不良相关的蛋白质上调，肿瘤促进途径激活（如 TGFβ、HIF1、整合素和 Rho GTP 酶途径），糖酵解和胆固醇代谢发生紊乱（图3a）。
研究者认为针对 S-III 手术后预后差，应对 S-III 的特异性蛋白进行靶向治疗。在自有的 HCC 和复旦 HCC 队列中（图3b），SOAT1（其可以催化脂肪酸 - 胆固醇酯的形成）表现出最高的预后风险评分（图3b），除 SOAT1 高表达外，其他六种与胆固醇稳态相关的关键蛋白，包括 LDLR（与摄取相关）、NPC1（与运输相关）、SCAP 和SREBF2（与调节相关）、HMGCR（与合成相关）和 CYP7A1（与分解代谢相关）在 HCC 肿瘤组织中也显着上调。这表明 HCC 中胆固醇体内平衡发生改变，遂后续对 SOAT1 开展了细致化研究。
图3 S-III 肿瘤中的特征蛋白和通路，以及 HBV 相关早期 HCC 的潜在药物靶点
5. 深入研究SOAT1临床相关性、细胞和动物水平功能验证
研究者对 SOAT1 的表达水平与生存率的关系进一步分析。在蛋白质组、组织微阵列（TMA）组群以及癌症基因组图谱（TCGA）中 SOAT1 的表达水平与总体存活率显著相关（图4a）。另外比较有意思的是，SOAT1 的上调也与甲状腺癌、头颈癌、胃癌、肾癌和前列腺癌相关。这些结果表明 SOAT1 的高表达可能是多种癌症的共有特征。
为了进一步证实 SOAT1 在 HCC 中的作用，研究者在两株 SOAT1 表达水平不同的 HCC 细胞系上进行 SOAT1 shRNA 特异性敲除，发现这些细胞系的增殖和迁移被显著抑制（图4b，c）。阿伐麦布（一种调控血脂的药物）治疗在细胞形态学上具有类似效果（图4d，e）。
对 SOAT1 敲低或使用阿伐麦布治疗后的细胞系进行蛋白质组学分析进一步研究SOAT1机制，显示位于质膜上且对肿瘤生长和转移至关重要的多种受体（如ITGAV、ITGAL、ITGA6、ITGB4 和 TGFβR1）均显著降低至少1.5倍（P <0.05）。SOAT1敲除和阿伐麦布治疗均降低了肿瘤细胞质膜的胆固醇水平（图4f），这与细胞内胆固醇转运至质膜相关的蛋白质下调一致。免疫印迹分析证实了这些关键蛋白表达的变化（图4g）。总之，这些数据表明 SOAT1 的下调通过降低血浆膜的胆固醇含量来抑制 HCC 细胞的增殖和迁移。
接下来作者从动物水平验证了 SOAT1 的作用。用 HCC 患者来源的肿瘤进行小鼠造模，阿伐麦布注射治疗。治疗显著降低了模型中的 SOAT1 表达水平，抑制了肿瘤生长（图4h），这表明阿伐麦布可通过靶向 SOAT1 调控达到治疗效果。
图4 SOAT1 高表达促进 HCC 的生长和迁移与预后不良相关
小编总结
该文章是“中国人类蛋白质组计划”（ Chinese Human Proteome Project ，CNHPP，该计划于启动）背景下的一项重要的标志性成果，文章首次描绘了早期肝细胞癌的蛋白质组表达谱和磷酸化蛋白质组图谱，有别于传统的基因分型，首次对早期肝细胞癌进行了基于蛋白质组的分子分型，并且发现了早期肝细胞癌精准治疗的新靶点！未来通过该研究策略或许会在更多不同种类的恶性肿瘤中寻找到合适的治疗靶点，或将开启蛋白质组学驱动的精准医学新时代！
参考文献：Ying Jiang.,et al.().Proteomics identifies therapeutic targets of early-stage hepatocellular carcinoma.Nature.
