專家點評Nature丨中國科學家發現肝癌精準治療新靶點——開啟蛋白質組學驅動的精準醫學新時代
BioArt按：
曾經一段時間，關於在中國實施一些生命科學大項目的事情是引發過一些爭議的，這些項目中最引人關注的當屬「國家蛋白質科學基礎設施」。隨著近些年來中國生命科學領域的快速發展與進步，一大批研究蛋白質和蛋白質複合物相關結構與功能的高水平成果大量湧現，批評聲慢慢在消失。前不久（2018年11月29日），蛋白質科學研究（北京）國家重大科技基礎設施也順利通過國家驗收，其在蛋白質組學領域的綜合技術能力被評定為國際領先，且已建成國際化生命科學大數據中心。然而，關於蛋白組學的研究中心過去受到的批評還是有一些，說的直白一些可能是因為國內蛋白組學領域沒有發表所謂的CNS論文。2019年2月28日，由賀福初院士團隊、錢小紅教授團隊聯合復旦大學附屬中山醫院樊嘉院士團隊等完成的關於早期肝細胞癌蛋白質組研究成果在Nature上發表，文章首次描繪了早期肝細胞癌的蛋白質組表達譜和磷酸化蛋白質組圖譜，發現了肝癌精準治療的新靶點，該研究或將開啟蛋白質組學驅動的精準醫學新時代。鑒於該成果的重要標誌性意義，BioArt特別邀請到了長期從事蛋白質組學相關研究工作的西湖大學特聘研究員郭天南博士做系統深入點評，以饗讀者！
責編 | 迦淑
肝癌由於預後差、死亡率高、不易早期診斷等特徵，也常被稱為「癌中之王」（一般認為是胰腺癌）。肝癌是對各種組織學上不同類型的原發性肝臟腫瘤的統稱，主要包括肝細胞癌、肝內膽管癌、肝母細胞癌、膽管囊腺癌等。其中，肝細胞癌（hepatocellular carcinoma, HCC）占絕大部分，約佔原發性肝癌的90%左右。
中國是肝病大國，同時也是肝癌大國。據統計，全球每年約有70萬例左右的新發肝癌病人，其中35萬例以上在中國。雖然手術治療在早期可能是有效的，但5年總生存率只有50-70%。針對這群預後較差的早期肝癌患者，目前仍缺少有效的靶向治療手段。因此，基於中國國情，尋找肝癌精準治療的新靶點具有十分重要的現實意義。
2019年2月28日，軍事科學院軍事醫學研究院生命組學研究所、國家蛋白質科學中心（北京）、蛋白質組學國家重點實驗室賀福初院士團隊、錢小紅教授團隊聯合復旦大學附屬中山醫院樊嘉院士團隊等開展的早期肝細胞癌（early-stage hepatocellular carcinoma）蛋白質組研究成果在Nature上以Proteomics identifies therapeutic targets of early-stage hepatocellular carcinoma為題在線發表，文章首次描繪了早期肝細胞癌的蛋白質組表達譜和磷酸化蛋白質組圖譜，發現了肝癌精準治療的新靶點。
該研究根據101例早期肝細胞癌患者癌症組織及配對癌旁組織樣本的蛋白質組數據，將目前臨床上認為的早期肝癌患者，分成三種蛋白質組亞型（S-I, S-II, S-III），而不同亞型的患者具有不同的預後特徵，術後應採取不同的治療策略。其中S-I亞型的肝細胞癌患者僅需手術，要防止過度治療；S-II亞型的肝細胞癌患者則需要手術加其他的輔助治療，而S-III亞型的肝細胞癌患者占入組人群的30%，術後發生複發轉移的危險係數最大，可謂是最後的「硬骨頭」。
研究人員首先在S-III亞型的蛋白質組數據里發現，膽固醇代謝通路發生了重編程。早期肝癌患者在血膽固醇濃度無明顯升高的情況下，細胞內與膽固醇穩態相關的關鍵蛋白，除了大家熟知的與腫瘤關係密切的甲羥戊酸途徑的關鍵酶HMGCR，還有更多的關鍵蛋白，包括承擔LDL源膽固醇攝取（LDLR）、胞內轉運（NPC1）、酯化(SOAT1)及膽汁酸代謝(CYP7A1)的關鍵蛋白及調控膽固醇穩態的轉錄因子（SCAP, SREBF2），均在肝癌細胞中顯著上調，表明肝癌細胞內存在膽固醇穩態失調。
繼而，研究團隊發現在這些膽固醇穩態相關蛋白中，負責將膽固醇轉變成膽固醇酯儲存的甾醇O-醯基轉移酶（Sterol O-Acyltransferase 1，SOAT1）其表達水平與肝癌患者較差的預後密切正相關。團隊進一步證明，在系列肝癌細胞系中敲低SOAT1基因表達或用其小分子抑製劑處理系列肝癌細胞系，均可顯著抑制其胞外膽固醇的攝入，進而減少細胞質膜上的膽固醇水平，使定位於細胞膜的與腫瘤發生髮展密切相關的明星分子整合素家族的丰度顯著下調，進而抑制腫瘤細胞的增殖和遷移。
接著，研究團隊證明SOAT1的一種小分子抑製劑阿伐麥布（avasimibe）在肝癌患者的人源腫瘤異種移植(PDX)模型上表現出良好的抗腫瘤效果，從而以實驗表明阿伐麥布有望成為治療預後較差肝細胞癌患者的靶向治療藥物。最後，團隊還驚喜地發現SOAT1的蛋白質表達水平在甲狀腺癌、頭頸癌、胃癌、腎癌和前列腺癌中均和患者的較差預後密切正相關，進而指出膽固醇代謝失穩與SOAT1的促癌機制很可能不是肝癌獨有的，而是多類腫瘤中一種共性的惡變機制，因此，「靶向SOAT1可能為更多類型的腫瘤患者提供新的治療方略」。
總的來說，這項工作是「中國人類蛋白質組計劃」（ Chinese Human Proteome Project ，CNHPP，該計劃於2014年啟動）背景下的一項重要的標誌性成果，或將開啟蛋白質組學驅動的精準醫學新時代。在這一研究的引領下，未來通過該手段或許會在不同種類的惡性腫瘤中尋找到更多合適的靶向治療策略。
專家點評
郭天南（西湖大學特聘研究員，蛋白組學研究專家）
來自肝的突破：蛋白質組學驅動的精準醫療
蛋白質組學很長一段時間之內處於艱難的邊緣地帶。就科學研究而言，蛋白質組很重要，就現有生命科學所知來看，生命科學研究和精準醫學離不開基於蛋白質組學的系統生物學和系統醫學。但由於技術難度大，技術壁壘高，耗錢，人才儲備有限，蛋白質組學讓人望而生畏，遠不及基因組學的「歌舞昇平」和「膾炙人口」。
在當今生命科學的活躍領域中，來自中國本土的、參與領域創始和活躍發展的、具有較大國際影響力的似乎不多，出乎意料的是，蛋白質組學卻是其中一個。雖然使用質譜檢測蛋白質在CNS文章中層出不窮、與日俱增，但絕大部分論文只是蛋白質質譜檢測的應用。據筆者看來，絕大部分所謂的組學文章沿用的套路只是利用質譜技術檢測一些差異性表達的蛋白，或者翻譯後修飾，然後選擇性地分析其中的若干個具有新功能的蛋白。真正意義上的蛋白質組學論文出現在CNS主刊主要是近幾年的CP-TAC（Clinical Proteomic Tumor Analysis Consortium ，臨床蛋白質組腫瘤分析協作組）的一系列關於結直腸癌、乳腺癌和卵巢癌的蛋白基因組學研究論文【1，2，3】。
這次鳳凰中心的這篇Nature論文使用蛋白質組技術對肝癌臨床樣品進行深入的研究，找到潛在的治療靶點SOAT1蛋白，其展示的數據的廣度、深度和重要性，筆者認為事實上已經超過了CPTAC的其他論文【1，2，3】。此文不僅研究了100多對肝癌組織的蛋白質組、磷酸化蛋白質組，還補充了全基因組測序和RNA測序數據。更重要的是，經過系統的數據分析，首次對早期肝癌進行了基於蛋白質組的分子分型，並且發現預後最差的S-III型早期肝癌的新的治療靶點SOAT1，並在動物模型PDX小鼠上得到了驗證。
暫且不提肝癌的精準治療在中國獨特的重要性，以及這項研究對於中國人群的肝癌診斷和治療的價值；單從技術角度進行分析，筆者認為這篇文章的工作表明以下三大壁壘被攻克：
1）中國蛋白質組團隊的搭建。中國蛋白質組學嚴重依賴目前完全依靠進口的高分辨質譜。質譜儀的製造具有極大的技術壁壘。強大的技術壁壘導致行業內壟斷以及高昂的售價。因而質譜用戶將之視為寶貝，不敢大膽、靈活使用。有限的用戶經驗導致國內真正了解質譜運行的操作人員奇缺。而另一方面，國外的質譜專業人才因為國內不合理的評價體制而較少回國。筆者過去一年半的時間內在杭州西湖大學搭建蛋白質譜團隊，就面臨了因為生態系統的不完善導致的各種困難，過程崎嶇。在中國搭建蛋白質組學團隊和平台的難度遠高於生產質譜、擁有完整的質譜生態的歐美國家。
在這樣的大環境下，北京鳳凰中心自1998年開始，在本土從零開始搭建蛋白質組學平台，時至今日，建立了完整的、國際領先的團隊和平台，實屬難能可貴。在過去2年在國際頂尖學術雜誌上接連發表了一系列有影響力的文章。包含Nature Biotechnology以及多篇Nature Communications。而這次他們的論文又在Nature刊發，料想終於可以多收穫一些圈內外大小同行們的認可。客觀地評價，拋開影響因子不提，單單從對蛋白質組領域的貢獻來看，筆者認為，鳳凰中心在過去幾年發表的大量技術和資源類的文章，包括極具戰略意義的iProx【4】，雖然影響因子和顯示度不及Nature及其子刊，但是同樣值得關注，從蛋白質組學技術的角度，甚至更值得關注。
當然，蛋白質組學技術複雜且國際上的發展日新月異；逆水行舟不進則退，我們拭目以待中國的蛋白質組學團隊能否在今後一直保持國際領先。而保持國際領先的核心在於更多優秀人才的加盟和整個中國蛋白質組學生態系統的改善，未來可期。
2）從蛋白基因組（Proteogenomics）到蛋白組（Proteomics）。因為TCGA和CPTAC的強勢，目前的Nature和Cell主刊發表的蛋白質組的主要論文都是「偽裝」成基因組學的論文【1，2，3】，僅從proteogenomics一詞的構成就可以看出蛋白質組學的尷尬：從一個代表獨立學科的名詞降格為形容詞和前綴。而此文則在標題上直言 」Proteomics identifies …」, 讓筆者為之振奮。這個標題可以說是中國蛋白質組學為國際蛋白質組領域做出的一個驕傲的貢獻。
事實上，在此項研究中，雖然作者也採集了基因組學和轉錄組學的數據，但是核心的發現就是依賴蛋白質組數據得到的。行外人可能難以理解，但筆者認為鳳凰團隊大膽的說出這一事實、並得到頂刊評審的認可，意味著蛋白質組學又向前邁了一步。筆者預計這一微妙的差別或將受到國際同行的廣泛關注。
3）蛋白質組團隊同臨床團隊的合作。在這裡不得不提的是臨床腫瘤樣品的採集、質控、存儲、數據整理以及預後跟蹤，這是一個極具挑戰性的系統工程，並且中國在這一領域的成熟度遠遠低於歐美。讓筆者鼓舞的是，越來越多的臨床科學家與蛋白質組學家聯合起來，攜手克服和解決兩個完全不同的系統和文化協作中涉及到的障礙，並且做出了傑出的成績。當然，除了臨床團隊之外，此文涉及到的大量數據的存儲和分析，也體現了計算機科學的成功融合。
此文作為鳳凰中心繼胃癌【5】蛋白組研究發表之後的又一項力作，再次展示了目前的蛋白質組技術已經可以有效的協助臨床腫瘤的診斷，尤其是對在我國肆虐而西方發達國家並不太關注的惡性腫瘤，如胃癌、肝癌等。我們相信，全景式的多組學分子分型與大數據科學將是未來的趨勢，而其中蛋白質組驅動的精準醫療（Proteomics Driven Precision Medicine, PDPM）在這一領域將具有極大的實用性和普適性；尤其對異質性極高的腫瘤診療而言，蛋白質組學具有比基因組學更高的健壯性【6】。
PDPM在中國這片土壤上有用、可行，呼之欲出，我們拭目以待，看看來自中國本土的概念性創新和實踐——PDPM可以走多遠。
最後，謹以此文致敬已逝去的甄蓓老師！
註：甄蓓老師曾長期擔任鳳凰中心副主任，為鳳凰中心的建設和運行做出了歷史性貢獻。她在這篇論文中做出巨大貢獻，但是不幸於2018年12月11日上午9時56分因病去世，享年55歲，很遺憾未看到此文的發表。
參考文獻：
1，Zhang, B., et al. Proteogenomic characterization of human colon and rectal cancer. Nature. 2014. 513: 382–387.
2, Mertins, P., et al. Proteogenomics connects somatic mutations to signaling in breast cancer. Nature. 2016. 534:55-62.
3, Zhang, H., et al. Integrated proteogenomic characterization of human high grade serous ovarian cancer. Cell. 2017. 166:755.
4，Ma, J., et al. iProX: an integrated proteome resource. Nucleic Acids Res. 2019. 8;47(D1):D1211-D1217.
5，Ge, S., et al. A proteomic landscape of diffuse-type gastric cancer. Nature Comm. 2018. 9:1012.
6，Guo, T., et al. Multi-region proteome analysis quantifies spatial heterogeneity of prostate tissue biomarkers. Life Science Alliance. 2018. DOI: 10.26508/lsa.201800042.
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