表里不一，PNAS：蛋白组学揭示细胞外基质在肿瘤和肿瘤间质中的不同作用

解读|景杰学术

肿瘤间质是肿瘤组织中除肿瘤细胞外其他成分的统称，肿瘤间质和肿瘤细胞相互作用共同决定肿瘤的生物学行为（生长，浸润，转移等）。早期针对肿瘤治疗的思路往往局限于肿瘤细胞本身，致使人类的抗肿瘤征途异常艰难曲折。对肿瘤间质认识的演化，促进了肿瘤症治疗从单纯杀死肿瘤细胞到考虑肿瘤细胞与间质，肿瘤细胞与人体的整体相互作用的个体化治疗的进展。

肿瘤细胞的快速增殖是因其具有调控周围环境使其利于自身增殖的能力，这种有利于其生物学行为的内环境即肿瘤微环境(Tumor microenvironment, TME)。肿瘤细胞可以通过释放细胞外信号影响周边的微环境，促进肿瘤血管增生和抑制周边的免疫细胞，而肿瘤微环境中的免疫细胞及因子又可以影响肿瘤细胞的生长。

胰腺癌恶性程度高、预后极差，被称为“癌中之王”。胰腺癌微环境具有高度纤维化、过度结缔组织增生及严重乏血供等特殊病理特点，极大地阻碍了临床一线化疗方案的有效实施。激活的胰腺星状细胞大量分泌胶原、纤连蛋白以及基质金属蛋白酶等细胞外基质（ECM），是胰腺癌微环境基质的主要来源；并通过与胰腺癌细胞共同构建的调控网络，在胰腺癌发展、转移、耐药和免疫逃逸等方面发挥促进作用，是胰腺癌微环境调控的重要靶点。

2019年9月，PNAS杂志发表题为“Proteomic analyses of ECM during pancreatic ductal adenocarcinoma progression reveal different contributions by tumor and stromal cells”的研究论文，麻省理工学院的Richard O. Hynes等利用蛋白质组学技术，系统鉴定并分析了胰腺导管腺癌发展过程中细胞外基质的动态变化，阐明了细胞外基质在肿瘤细胞与肿瘤间质细胞中的不同作用机制。靶向癌细胞中促进肿瘤产生的ECM蛋白及其调节因子，可能是PDAC精确治疗的潜在靶点。

研究背景

一、定量蛋白质组学分析PDAC发展过程中ECM的变化

作者为了确定ECM在PDAC过程中的组成和变化，利用改良的亚细胞分离方法从2个小鼠遗传模型的组织和肿瘤样本中富集了ECM蛋白，并使用TMT蛋白质组学定量方法（质谱策略）对其进行定量分析。这些模型包含了PDAC过程的不同阶段，包括正常胰腺、胰腺上皮内瘤变（PANI）、含PDAC的胰腺以及慢性胰腺炎样本，同时也选用了人类患者的样本用于分析（样本策略）；并用免疫印迹法对代表不同亚细胞组分的蛋白标记抗体进行了验证。

Figure 1. 基于人和鼠样本中ECM的蛋白质组学分析流程

作者根据质谱分析结果，进一步描述了PDAC过程中ECM蛋白丰度和复杂度的变化。同时发现147个蛋白在PanIN ECM样本中上调，其中大多数在PDAC ECM样本中也表现为上调；表明它们代表PDAC过程的早期特征，可能在PDAC过程中具有功能相关性或可作为生物标记物。通过对基质蛋白的分类分析发现，尽管3种疾病状态（PanIN、PDAC和胰腺炎）具有大多数共同的基质蛋白，它们之间仍然存在着特征性的基质差异。

Figure 2. 火山图，从左至右：PanIN（A）、PDAC（B）、胰腺炎样本（C）

二、人和小鼠的PDAC过程具有相似的ECM组成和变化

作者通过人和小鼠样本中基质蛋白的分析，认为有一大部分（193）是共有的；同时在人和小鼠样本的PDAC中，显著上调的基质蛋白也有明显的重叠。特别是PDAC中许多基质蛋白明显高于正常人。综上进一步揭示正常和胰腺炎样本ECM中的主要成分，同时揭示了PDAC过程在人和小鼠模型的高度相似性。随后作者通过对多个人-鼠异种移植瘤细胞系的质谱数据分析，进一步将细胞来源确定为基质蛋白。

Figure3. 人和小鼠PDAC过程中ECM和ECM相关蛋白整体变化的比较

三、癌细胞来源的基质蛋白与患者生存率相关

ECM蛋白可以通过促进肿瘤细胞增殖、存活和转移而影响肿瘤的进展和患者的生存。作者进一步通过检验患者的生存率发现，尽管大部分基质蛋白来自肿瘤间质细胞，但是来自肿瘤细胞（实质）的ECM蛋白水平的升高大多数与患者生存率低有关；而肿瘤间质细胞来源的ECM蛋白与患者生存率是不确定的。

Figure4. 肿瘤间质细胞产生大多数的ECM，但是与患者生存率无关

作者同时利用IPA分析来进一步揭示了不同的信号通路可能在肿瘤细胞或肿瘤间质细胞内起调节PDAC中ECM蛋白表达的作用。研究揭示，在肿瘤细胞中（而非在肿瘤间质细胞）起作用的途径将是治疗干预的潜在靶点。与其全面抑制ECM的产生，不如更精确地调控它，例如靶向癌细胞中促进肿瘤产生的ECM蛋白及其调节因子，可能在治疗上更有效。

Figure5. 病理分析结果示意图

综上所述，为探索探究PDAC发生发展的分子机制以及肿瘤微环境的调控作用，研究者采用定量蛋白质组学分析结合临床表型数据库，揭示在PDAC过程中ECM在肿瘤细胞和肿瘤间质细胞中的不同作用方式。研究为阐明胰腺导管腺癌的致病机制、揭示肿瘤微环境的作用提供了重要的组学资源，为胰腺癌精准诊治提供了新的研究方向。

参考文献

Chenxi Tian, et al., 2019, Proteomic analyses of ECM during pancreatic ductal adenocarcinoma progression reveal different contributions by tumor and stromal cells. PNAS.

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