8月20日，西湖大学医学院郭天南团队联合中国人民解放军第二军医大学长海医院杨成华、高旭团队，共同在 Cell Reports Medicine（IF：11.7）发表了前列腺癌蛋白组学新研究。西湖大学医学院助理研究员孙瑞、西湖实验室助理研究员阿俊作为本文共同第一作者参与该项目，负责蛋白质组的实验和数据分析。
文章鉴定了三种具有显著临床和蛋白质谱特征的前列腺癌分子亚型；提出并验证了一个由16种蛋白质组成的前列腺癌预后预测模型，该模型能够有效预测前列腺癌（PCa）患者的生化复发，其预测效能优于现有的基于临床参数的预测方法，可为高风险前列腺癌尽早提供有效的治疗干预措施提供指导。并发现NUDT5和SEPTIN8可作为潜在的前列腺癌联合治疗靶点。
西湖欧米负责该研究的部分生信分析工作。
- 提纲挈领 -
另外，该研究建立了一个由16个蛋白组成的（16-protein panel）、能有效预测前列腺癌患者预后的蛋白标志物组合，并通过靶向蛋白质组学在由99个活检样本组成的队列中进行了验证。有趣的是该16-protein panel能有效预测不同ISUP分级和病理分期的前列腺癌的生化复发，在预测生化复发预后方面优于现有的D'Amico风险分类系统。
此外，16-protein panel中的两种成分NUDT5和SEPTIN8的双重敲除能显著抑制PCa细胞的恶性特征，表明NUDT5和SEPTIN8可能为前列腺癌的治疗提供潜在的联合治疗靶点。这些结果表明，16-protein panel在术前评估前列腺癌生化复发风险方面具有重要的临床应用潜力，可为高风险前列腺癌患者提供更精准的治疗指导。
研究收集了306名接受根治性前列腺切除术的前列腺癌患者的石蜡包埋组织样本（PCSHA队列），每个样本取三个部位，共918个样本。通过DIA技术，鉴定了116,631个肽段和10,071种蛋白质。
结果显示，肿瘤样本中鉴定到的蛋白质数量多于癌旁样本，且相同Gleason 评分的癌组织在个体间的蛋白质组质检的差异大于个体内不同Gleason评分部位的差异。
通过分析肿瘤与癌旁样本中的1,784个差异表达蛋白（DEPs），发现肿瘤样本中上调的蛋白质与代谢途径相关，而下调的蛋白质与细胞骨架和脂肪酸运输相关。这些结果与先前的研究一致，展示了高质量的蛋白质组数据和前列腺癌的复杂性。
图2 研究流程
研究人员使用mFuzz分析了不同ISUP组别肿瘤样本中的差异表达蛋白质的变化，并根据蛋白质在不同ISUP组别变化趋势将蛋白质分为12个组。
第一组（679种蛋白）和第二组（644种蛋白）失调蛋白质的表达量随着ISUP等级的增加而持续增加，他们主要富集在DNA损伤修复和细胞周期相关通路。第三组（1008种蛋白）和第四组（1330种蛋白）的失调蛋白质在ISUP等级增加时表达持续下降，这些蛋白质与细胞黏附和细胞骨架相关通路有关，表明更恶性的前列腺癌等级具有更强的迁移能力。
PCa 的进展可能受到新陈代谢和微环境的影响。具体来说，较高的细胞周期活性和较低的细胞粘附性表明更恶性的肿瘤细胞与肿瘤干细胞有相似的性质，分化程度更低，恶性程度更高。
通过对差异表达蛋白（DEPs）的无监督聚类分析和非负矩阵分解（NMF）分析，该研究根据不同前列腺癌组织的蛋白表达特征将前列腺癌分为三个亚型：CPC1、CPC2和CPC3。
尽管这三个亚型在年龄、ISUP等级、病理阶段和治疗方法上的分布相似，但这三个亚型在无生化复发生存期（BCR-free survival）存在显著差异，其中第三亚型CPC3的无生化复发生存期最短，这表明特定的蛋白质表达特征可能预测前列腺癌患者的生化复发时间。
CPC1和CPC2亚型的主要特征为代谢相关途径的激活，以及细胞周期、免疫相关信号通路及遗传信息处理通路的下调。而预后最差的CPC3则表现为代谢相关过程和细胞间相互作用的下调，以及遗传信息处理和免疫细胞受体信号通路的上调。
研究还在1,784个DEPs中发现了19种潜在的药物靶标，但这些蛋白质在预后最差的CPC3亚群中均下调，表明它们可能不适合作为前列腺癌的治疗靶标。
研究通过Lasso回归分析构建了一个基于16种蛋白质的前列腺癌预后预测模型（16-protein panel）可以用来预测前列腺癌的生化复发（BCR）。
模型将患者分为高风险组和低风险组，高风险组与较差的无生化复发生存（BCR-free survival）显著相关，而低风险组则表现出更好的无生化复发生存率。该模型在PCSHA数据集中表现良好，C指数为0.71，AUC值在1年、2年和3年的预测分别为0.850、0.856和0.899。
这一16-protein panel在其他六个公共数据集中也表现出良好的预测能力，但由于某些数据集中检测到的蛋白质数量较少，AUC值略低。但总体而言其在预测PCa预后方面展现了卓越性能。
图3 开发和验证16-protein panel的工作流程
由于PSA筛查的广泛应用，初诊的前列腺癌逐渐从中晚期转为早期，因此仅依赖临床参数如PSA、病理分期或ISUP等级的风险分层对临床的指导作用可能有限。
研究评估了该16-protein panel在不同临床阶段前列腺癌的预后预测效果，发现该panel在PCSHA发现集和验证集中对不同ISUP等级和病理分期的无生化复发生存期预测表现良好。
此外，在TCGA和MSKCC数据集中，16-protein panel在不同ISUP等级和病理阶段中也表现出显著的BCR相关性和良好的BCR预测能力（AUC值 > 0.6）。该panel仅在TCGA数据集中的一个小亚组由于BCR发生数量少而预测不佳。
研究比较了16-protein panel与基于临床参数（如pre-PSA、病理分期和ISUP等级）的预测方法的效果。
图4 比较16-protein panel和临床病理特征的预测性能
为进一步验证16-protein panel在预测前列腺癌无生化复发生存期的效果及其临床应用潜力，研究收集了99名PCa患者的FFPE活检样本（PCSHA-biopsy队列）进行独立验证。
结果表明，在该组前列腺癌活检样本中D'Amico风险分层和病理分期与该组患者的BCR预后无显著关联。通过PRM靶向蛋白质质谱技术分析，结果显示16-protein panel在高风险和低风险组间的表达差异显著；基于这16种蛋白质的表达特征，能够有效将PCa患者分为高风险组和低风险组，高风险组中的无生化复发生存时间比低风险组显著降低，这与发现数据集的结果一致。
在前述16种蛋白质中，五种蛋白质（ENY2、NUDT5、SEPTIN8、LTBP2和CUL5）与PCa患者的不良预后显著正相关。ENY2可能不适合作为治疗靶点，而LTBP2与PCa的总体生存率无显著相关性。
NUDT5和SEPTIN8在高风险组、高Gleason评分组和/或晚期病理阶段中的表达显著更高。免疫组织化学染色和Western blotting实验表明，NUDT5在DU 145和C4-2细胞系中的表达较高，而SEPTIN8在PCa细胞系中无显著差异。
敲除实验显示，单独敲除NUDT5或SEPTIN8对PC-3细胞的增殖、迁移或细胞周期没有显著影响，但同时敲除两者则显著抑制了细胞的恶性特征，这提示NUDT5和SEPTIN8在促进PCa细胞恶性特征方面具有潜在的协同效应。
图5 免疫组化染色显示 SEPTIN8 和 NUDT5 在低危和高危患者的良性和肿瘤样本中的蛋白表达
总 结
文章链接：
https://www.cell.com/cell-reports-medicine/fulltext/S2666-3791(24)00400-2
欧米合作｜Neuro-Oncology：蛋白组学揭示胶质母细胞瘤中FBXO2的促肿瘤作用
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