乙酰化修饰组学揭示不同药物对同一疾病的治疗差异

2016年1月，安徽省立医院研究人员与杭州景杰生物科技有限公司在国际知名杂志《Science Reports》上发表了一篇题为“Quantitative Analysis of Global Proteome and Lysine Acetylome Reveal the Differential Impacts of VPA and SAHA on HL60 Cells”的文章，本文采用了高通量SILAC定量蛋白质组学技术揭示了丙戊酸（VPA）及异羟肟酸（SAHA）在治疗急性髓细胞白血病时蛋白组/乙酰化修饰组的差异变化并深化了我们对组蛋白乙酰化酶抑制剂介导急性髓细胞白血病疗法的理解。

你可能并不了解急性髓细胞白血病？急性髓细胞白血病(Acute myeloid leukemia, AML)，是一类常见的严重危害人类健康的造血系统恶性肿瘤，常规化疗的长期生存并不理想，特别是高危患者预后差，对化疗耐药是急性骨髓性白血病难治、复发的主要原因之一，其机制复杂为多因素作用的结果。

然而作为抗肿瘤药物设计中的热门靶标的组蛋白去乙酰化酶（HDACs）是维持染色体的基本组成单位核小体中组蛋白乙酰化平衡的关键酶类之一，其催化组蛋白的去乙酰化作用，与基因转录抑制密切相关，牵涉到促基因沉默的诸多过程。HDAC抑制剂被证明是非常有效的抑制癌症方法，一些HDAC抑制剂例如SAHA，VPA已经进入临床试验。

先前的研究表明VPA和SAHA对急性髓细胞白血病都有很好的治疗效果，然而这两种抑制剂在治疗过程中如何发挥作用及有何差异仍然难以捉摸。

在本研究中，实验人员运用SILAC定量蛋白质组学技术对急性髓细胞白血病阴性对照组、SAHA治疗组，VPA治疗组的蛋白组及乙酰化修饰组进行分析。共鉴定到5775个蛋白质和1124个赖氨酸乙酰化位点，并且通过生物信息学分析发现两种抑制剂刺激急性髓细胞白血病细胞时蛋白组与乙酰化修饰组存在差异。

蛋白组学实验结果表明相较于VPA治疗，SAHA治疗激活更多急性髓细胞白血病的细胞过程及代谢通路，其中免疫与疾病反应、信号与发育相关蛋白上调最为明显。研究人员判断SAHA可能通过抑制组蛋白去乙酰化酶并且促进免疫与疾病反应相关蛋白表达，从而激活癌细胞中免疫系统参与抗肿瘤/癌症过程。而通过分析下调蛋白研究人员发现，SAHA治疗与VPA治疗并无太大差别，主要通过抑制细胞过程中G1到S期或G2到M期转换来抑制癌细胞增殖。

而通过对乙酰化修饰组结果进行分析，VPA治疗组中细胞骨架及微管相关过程乙酰化修饰水平显著上升，这种现象可能影响细胞骨架合成的动态平衡。同时，VPA治疗显著下调了癌细胞碳代谢及能量产出相关蛋白乙酰化修饰水平。SAHA治疗组中抗原呈递及免疫应答过程/通路相关蛋白乙酰化修饰水平得到显著提升，从而验证了前期研究中对组蛋白去乙酰化酶可能有利于肿瘤生长及调节宿主免疫应答等生理作用。从而研究人员进一步推测乙酰化修饰蛋白可能有利于吸引多种杀伤细胞对癌细胞的靶向治疗。

本研究不仅诠释了不同药物对同一疾病治疗的差异性机制，而且深入解析小分子抑制剂的治疗机理研究，为后续开发诊断试剂及寻找药物靶点起到关键作用。该研究为精准医学领域的拓展提供了范例。

同样不得不提的是本研究是景杰生物与安徽省立医院在蛋白质修饰与肿瘤机制方面一系列合作成果的延续，早在2013年双方就合作完成了对SAHA治疗非小细胞肺癌中组蛋白乙酰化及蛋白组水平的差异分析，2014年双方进一步在修饰组学方面大踏步前进，首次在SAHA治疗非小细胞肺癌中发现了泛素化修饰并深度分析了该修饰生物学作用，更为重要的是蛋白质组，泛素化组及乙酰化组crosstalk的研究对于扩展我们对SAHA治疗肺小细胞癌的治疗有了更为深刻的了解，为后期对该领域的机制研究提供了方向。