警惕女性健康杀手 Orbitrap高分辨质谱仪助力卵巢癌研究

卵巢癌是卵巢肿瘤的一种，是严重威胁女性健康的恶性肿瘤之一。由于卵巢癌早期缺少症状，即使有症状也不特异，筛查的作用又有限，因此早期诊断比较困难，而晚期病例又疗效不佳。虽然卵巢癌的发病率低于宫颈癌和子宫内膜癌居妇科恶性肿瘤的第三位，但死亡率却超过宫颈癌及子宫内膜癌之和，高居妇科癌症前位，是严重威胁妇女健康的疾病之一。本期小编给大家介绍几个卵巢癌的大队列样本分析的经典案例。

卵巢癌

案例一

利用不同蛋白质组学分析策略研究CT45—卵巢癌的化疗敏感性介质与免疫治疗的新靶标

大多数高级别浆液性卵巢癌(HGSOC)患者对铂类化疗产生耐药性并复发，但也有15%的患者在10年以上仍然无病。为了发现长期生存的驱动因素，由芝加哥大学医学研究小组等研究者定量分析了微量福尔马林固定石蜡包埋肿瘤中铂耐药和敏感HGSOC患者的蛋白质组学分析，运用了基于质谱的定量蛋白组学、磷酸化蛋白组学技术，针对卡铂耐药和卡铂敏感患者进行分析，探究高级别浆液性卵巢癌患者的长期生存的驱动因素。相关研究成果发表在国际专业学术期刊《Cell》上。

研究者将25例来自美国芝加哥大学未接受化疗的卵巢癌组织样本库的HGSOC组织样本，用基于质谱法的蛋白组学方法将组织样本分离，并使用微量FFPE（石蜡包埋）样品鉴定和定量到9000多种蛋白，定量动态范围高达6个数量级。在分析了9000余种蛋白水平后，发现CT45是高级别浆液性卵巢癌患者独立预后因子。为了对这一发现进行验证，研究者检测了200余例卵巢癌患者肿瘤组织，发现其中82例患者肿瘤组织中无CT45表达，42例高表达，随访研究发现CT45高表达患者无病生存期均较长，寿命相比CT45缺乏的患者提高了7倍。再次证实了CT45是晚期高级别浆液性卵巢癌的独立预后因子。

图1 基于高分辨质谱Orbitrap的HGSOC蛋白质组学分析流程

此外，研究者对化疗反应的分子机制也进行了探讨，卡铂的标准化疗能引起卵巢癌的DNA损伤，而卡铂化疗在CT45高表达肿瘤细胞中带来的DNA损伤更为显著，可导致培养的细胞死亡和小鼠肿瘤缩小。为了进一步研究CT45介导的化疗敏感性原因，研究者利用定量互作蛋白组学分析发现CT45与进化保守的蛋白质磷酸酶4（PP4）复合物的相互作用，CT45是PP4信号传导的新型内源调节因子，通过抑制PP4参与DNA损伤途径。而CT45过表达有效提高了肿瘤细胞的化疗敏感性！未来通过激活肿瘤细胞中的CT45表达有望提高铂类化疗的疗效。

图2 CT45分子作用机制

该研究认为CT45是卵巢癌独立预后因子，与晚期卵巢癌患者无病生存期较长显著相关且可作为铂类敏感性调节剂和卵巢癌的免疫治疗靶点。这是第一个基于质谱法的蛋白组学发现的预后和功能性的生物标志物，运用了包括shot-gun蛋白质鉴定、LFQ蛋白质定量、磷酸化蛋白质组学、蛋白质相互作用组学以及免疫肽组学，可见临床癌症蛋白质组学鉴定化疗和免疫疗法靶点具有非常显著的临床意义。

案例二

高级别浆液性卵巢癌蛋白质组学研究—

揭示卵巢癌转移机理

2019年5月，Nature上发表了标题为Proteomics reveals NNMT as a master metabolic regulator of cancer-associated fibroblasts的卵巢癌研究内容（*由芝加哥大学的Ernst Lengyel团队发表）。该研究通过将激光捕获显微切割(laser-capture microdissection)与基于Orbitrap蛋白质组学分析策略结合，对临床石蜡包埋组织样品中细胞进行研究，最少可做到5000个细胞。通过联合运用，他们发现与肿瘤转移密切相关的成纤维细胞(cancer-associated fibroblast，CAF)中调控蛋白N-甲基转移酶(N-methyltransferase(NNMT))参与卵巢癌的发生发展以及转移过程。

通过搜集了11位高级别浆液性卵巢癌（High-grade serous carcinoma，HGSC）病人107个组织样本，然后使用显微切割技术将肿瘤组织和基质分别提取进行蛋白质组学分析（流程见下图）。

图3 微量显微切割肿瘤组织和基质样品蛋白质组学分析流程

对于这种低浓度样本，Orbitrap高分辨质谱可实现临床石蜡样本数据深度覆盖，共鉴定到6944个蛋白，其中FABP4蛋白变化显著，在网膜转移(omental metastases)肿瘤中高表达，比较网膜转移和原发型肿瘤基质，发现NNMT蛋白上调，NNMT介导催化S-腺苷甲硫氨酸（SAM）的转化。通过免疫组化实验验证了NNMT在网膜转移的肿瘤基质中高表达，并且当CAF细胞中敲低NNMT后，细胞形态接近正常。

后续通过动物模型验证蛋白表达趋势，作者构建HGSC转移小鼠模型，确认将NNMT敲低的CAF与HGSC细胞共同注射到小鼠体内，肿瘤细胞的增殖和肿瘤大小则显著降低，并且用NNMT的抑制剂处理也能降低。通过临床样本数据分析，基质中NNMT高表达的病人预后更差，而在肿瘤组织中NNMT高表达的病人却并没有显著差异。综上研究作者推断NNMT是调控高级别浆液性卵巢癌转移的关键角色。

案例三

高分级浆液性卵巢癌早期诊断生物标志物的研究新策略

加拿大Thomas Kislinger教授团队在Cell Systems上发表了高级别浆液性卵巢癌相关研究文章。在这篇研究中，研究者开发了一个使用临床相关患者来源的异种移植物(PDX)和N-糖肽富集的工作流程，使用原位移植的PDX模型，可以在小鼠血清背景中轻松识别“人类*的”蛋白质，从而克服与基于蛋白质组学的生物标记物发现相关的限制，目的是鉴别肿瘤相关的人来源蛋白。

图4 基于高分辨质谱的异种移植物(PDX)和N-糖肽富集的工作流程

该研究2种不同的PDX模型，收集PDX-肿瘤和PDX-血清，以来自非移植的同基因小鼠血清（NEGsera）作阴性对照，运用label-free定量N糖基化蛋白质组加以分析。研究发现，与对照组NEG血清相比，PDX-血清样本与PDX-肿瘤样本存在显著差异。各样品类型中共鉴定到3922个糖基化位点，其中绝大部分糖基化位点（约2077多个位点）仅在PDX-肿瘤中发现分布。PDX-肿瘤和PDX-血清中定量到649个位点，表明这些肽可用作HGSC生物标记物。总之，基于PDX的N-糖蛋白组策略可以检测血清中的肿瘤相关蛋白。

随后通过生物信息学分析，作者获得了PDX-血清中各种丰度的蛋白质功能注释。作者将小鼠蛋白质定位到它们的人类直向同源物中，产生总共745种*的蛋白质。比较PDX-血清和PDX-肿瘤中定量到的1559个糖基化位点的强度，表明人类*的糖基化位点在PDX-肿瘤中具有更高的强度。为了能够对来自HGSC患者的血清中的肿瘤相关肽进行定量，作者使用平行反应监测质谱（PRM-MS）系统地开发了靶向蛋白质组学测定。他们通过优化色谱梯度和标准化碰撞能量（NCE）来大化测定响应，并通过使用稳定同位素标准（SIS）肽评估测定特异性。研究者快速开发了通过基于PDX的N-糖蛋白组学策略发现的408种肽的PRM-MS分析，成功率为90％。

图5 使用平行反应监测质谱（PRM-MS）系统地对潜在标记物进行筛选

该篇文章开发的原位移植的PDX模型新策略，能够识别潜在的新的肿瘤相关蛋白。最后，合成稳定的同位素标记肽的使能够快速开发用于HGSC患者血清定量的靶向蛋白质组学分析，当然这一策略仍旧需要在更大的患者队列中进行验证。

Orbitrap

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参考文献：

 1. Multi-level Proteomics Identifies CT45 as a Chemosensitivity Mediator and Immunotherapy Target in Ovarian Cancer https://www.sciencedirect。。ｃｏｍ/science/article/pii/S0092867418311668 

2. Proteomics reveals NNMT as a master metabolic regulator of cancer-associated fibroblasts https://www.nature。。ｃｏｍ/articles/s41586-019-1173-8 

3. N-Glycoproteomics of Patient-Derived Xenografts: A Strategy to Discover Tumor-Associated Proteins in High-Grade Serous Ovarian Cancer https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30981729/