标题：Integrated Proteomic and N-Glycoproteomic Analyses of Human Breast Cancer（IF =4.466）
时间：2020.08
研究背景
乳腺癌是女性常见的恶性肿瘤之一。目前，乳腺癌的诊断方法主要包括影像学检查和组织细胞学检查。治疗方法包括传统的手术治疗、化疗、放疗和针对生物标志物的新开发药物，以及基因治疗。但早期的诊断和准确预后仍非常具有挑战性，且具有很大需求。基于高通量组学数据的个性化与精准医疗在癌症研究中显示出巨大的潜力。通过获取基因组学和蛋白质组学等系统数据，可勾勒出单个患者的分子图谱，进行定制化治疗。作为蛋白质分析的有力工具，基于质谱的蛋白质组学已广泛应用于各种生物学研究，包括大规模蛋白质和蛋白质翻译后修饰表征。研究表明，蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学数据能够对乳腺癌、肝癌和结肠癌进行分型。然而，癌旁组织和其他翻译修饰的变化却鲜为人知。作为最常见的翻译修饰之一，N -糖基化与肿瘤发生、肿瘤转移、诊断、预后和药物反应密切相关。因此，癌旁组织蛋白组和N-糖基化的分析对于加深乳腺癌的认识、发现新的生物标志物和药物靶点具有巨大的潜力。
乳腺癌是女性常见的恶性肿瘤之一。目前，乳腺癌的诊断方法主要包括影像学检查和组织细胞学检查。治疗方法包括传统的手术治疗、化疗、放疗和针对生物标志物的新开发药物，以及基因治疗。但早期的诊断和准确预后仍非常具有挑战性，且具有很大需求。基于高通量组学数据的个性化与精准医疗在癌症研究中显示出巨大的潜力。通过获取基因组学和蛋白质组学等系统数据，可勾勒出单个患者的分子图谱，进行定制化治疗。作为蛋白质分析的有力工具，基于质谱的蛋白质组学已广泛应用于各种生物学研究，包括大规模蛋白质和蛋白质翻译后修饰表征。研究表明，蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学数据能够对乳腺癌、肝癌和结肠癌进行分型。然而，癌旁组织和其他翻译修饰的变化却鲜为人知。作为最常见的翻译修饰之一，N -糖基化与肿瘤发生、肿瘤转移、诊断、预后和药物反应密切相关。因此，癌旁组织蛋白组和N-糖基化的分析对于加深乳腺癌的认识、发现新的生物标志物和药物靶点具有巨大的潜力。
文章重点
使用数据非依赖性的扫描模式(Data-independent acquisition, DIA)定量蛋白质组学策略来测量癌组织、癌旁组织和远端正常组织之间的蛋白质组学变化。发现癌症组织中蛋白质生物合成通路和癌旁组织中的血管生成和补体通路等一些关键通路被显著激活。N -糖蛋白组揭示了癌症中的N -糖基化标志物。并在新一批患者的样本中进一步验证了选定的标志物。癌旁组织蛋白组和N-糖蛋白组学这两个数据集是对癌组织常规蛋白质组学分析的重要补充。二者的结合提供了更精确的乳腺癌分子信息，有助于准确定义乳腺癌，为个体患者的诊断和治疗提供有价值的信息。
技术路线
结果速递
2.人乳腺癌的N-糖蛋白质组学定量分析 使用10对癌症和正常组织进行N糖蛋白质组学分析，两种组织的比较得到614个表达上调，195个表达下调。对相同的10对组织的蛋白质组学数据与N糖蛋白质组学数据进行比较。通过比较两个数据集的共同蛋白，发现糖基化蛋白有降低蛋白质丰度的趋势。癌症组织中的糖基化水平普遍增加。对132个丰度改变的N-糖位点的蛋白质进行功能分析，发现N-糖基化的变化与细胞外成分、血管生成、细胞的运动和迁移有关，显示出许多与蛋白质组学结果相似的功能。乳腺癌是一种因糖基化作用改变的疾病。N糖蛋白质组学数据在癌症组织中的变化很大，可作为这种疾病的标志物。
1.人乳腺癌的定量蛋白质组学分析
采用数据独立采集（DIA）质谱法对样品进行定量测量。共有5188个蛋白质被定量。其中有3245蛋白质可以在三种样本组织类型（癌组织、癌旁组织和远端正常组织）中检测到。87、137和900个蛋白分别仅在正常组织、癌旁组织和癌变组织中检测到。PCA分析表明，三种组织类型的蛋白质组学分析都可以很好地分离出来，差异分析火山图显示，三组比较中分别有627、554和1个上调蛋白；410、274和24个下调蛋白。
聚类图根据三种样本组织类型之间的蛋白表达模式，将丰度变化的蛋白分为6类。簇5中的蛋白在癌症组织中特异性高表达。簇2在癌症组织中蛋白质低表达。癌旁组织中的蛋白质多表现为中间状态。簇2和簇5中的癌旁组织中蛋白与正常组织更为相似，而簇1和簇4中的癌旁蛋白与癌症组织的蛋白更相似。簇5和簇6包含癌旁组织特征蛋白，数据显示这些蛋白质只在癌旁组织中是增加或减少的。
对不同聚簇中的蛋白质的进行功能注释。疾病分析显示，癌症相关疾病在第5簇中显著富集，其中的蛋白质在癌症组织中特异性高表达。由于癌细胞的特征是一个不受控制的细胞周期和过度活跃的细胞增殖，因此产生新细胞的构建机制是被极度激活的，其中主要包括RNA和蛋白质。例如，RNA的加工和剪接、蛋白质的合成和相关的EIF2被发现在簇4和簇5中高度富集。因此，簇5蛋白最好地代表了癌变蛋白。簇3包含了癌旁组织的富集蛋白，与补体途径、血管生成、细胞运动和迁移高度相关。癌旁组织是肿瘤生长和转移开始的地方。其进展高度依赖于血管生成和细胞迁移。癌症中补体系统的异常激活与癌症免疫治疗中的炎症和反应的抑制密切相关。数据显示，补体通路主要在癌旁组织中被激活。定量蛋白质组学数据提供了不同组织的不同功能景观，揭示了相关的基本生物学途径，并强调了癌旁组织在肿瘤生长和转移中的作用。
2.人乳腺癌的N-糖蛋白质组学定量分析 使用10对癌症和正常组织进行N糖蛋白质组学分析，两种组织的比较得到614个表达上调，195个表达下调。对相同的10对组织的蛋白质组学数据与N糖蛋白质组学数据进行比较。通过比较两个数据集的共同蛋白，发现糖基化蛋白有降低蛋白质丰度的趋势。癌症组织中的糖基化水平普遍增加。对132个丰度改变的N-糖位点的蛋白质进行功能分析，发现N-糖基化的变化与细胞外成分、血管生成、细胞的运动和迁移有关，显示出许多与蛋白质组学结果相似的功能。乳腺癌是一种因糖基化作用改变的疾病。N糖蛋白质组学数据在癌症组织中的变化很大，可作为这种疾病的标志物。
采用新一批11例患者的癌症和正常组织进行PRM验证实验，使用PRM方法选择并分析了18个确定的N-糖基化标志物。标志物根据其在癌症中的已知功能进行选择，例如：与许多癌症有关，包括乳腺癌、前列腺癌和肺癌的生长因子1受体（growth factor 1 receptor），在结直肠癌、乳腺癌和肺癌中表达上调的CUB结构域蛋白1以及与肿瘤生长、进展和转移有关的纤维连接蛋白等。在这18个指标中，至少7名患者检测到14个N-糖基化指标。PRM数据再次证实，癌组织中所有的14个N-糖基化标志物均增加。证明N-糖基化可以作为癌症标志物。
3.蛋白质组学和N-糖-蛋白质组学结合对人类乳腺癌组织进行分类
对10例患者的蛋白质组学和N-糖蛋白质组学数据进行整合，除两例HER2阳性患者外，蛋白质组学数据可以大致区分癌组织和正常组织。使用N-糖基化数据进行聚类，结果显示除两个Luminal-A患者10号和16号外，可以区分所有肿瘤组织与正常组织。肿瘤组织以糖基化水平升高为特征，所以进一步检测乳腺癌相关蛋白的N-糖基化变化，发现这些N-糖蛋白的上调与目前的分子分类阶段高度一致。将蛋白质组学和N糖蛋白质组学数据集合并聚类，两种组织类型都可很好区分，不同类型的乳腺癌几乎可以完全被分型。说明N糖蛋白质组学可提供组学数据类型来表征人类乳腺癌的特征和亚型。
总结
作者系统地分析了来自乳腺癌患者的癌组织、癌旁组织和远端非癌组织的蛋白质组和N-糖蛋白组。不同组织类型的蛋白质组决定了其在肿瘤发生和肿瘤进展中的不同作用。N-糖蛋白质组学和蛋白质组学为理解和精准分类乳腺癌疾病提供了有价值的信息。数据强调了癌旁组织在蛋白质组学和N-糖蛋白质组学的重要性。
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