前献解泌第38期 | 顾正勤教授与您共同探讨蛋白质组学在前列腺癌预后预测中的价值

摘要：本期与我们用声音见面的是上海交通大学医学院附属新华医院顾正勤教授，他将与大家一同分享一项近日发表于《Cell Reports Medicine》杂志的一项通过蛋白质组学图谱揭示前列腺癌的分子机制并有效预测生化复发（biochemical recurrence，

聚前沿文献之声，解泌尿学术之惑

聚前沿文献之声，解泌尿学术之惑，这里是聚焦前列腺癌的《菲长视野 · 前献解泌》专栏。

本期与我们用声音见面的是上海交通大学医学院附属新华医院顾正勤教授，他将与大家一同分享一项近日发表于《Cell Reports Medicine》杂志的一项通过蛋白质组学图谱揭示前列腺癌的分子机制并有效预测生化复发（biochemical recurrence，BCR）的研究。

研究背景

前列腺癌是最常见的泌尿男生殖系统恶性肿瘤，是全球男性癌症相关死亡的第二大原因。在医学发达地区，初诊时局限性或局部进展性前列腺癌比例逐渐升高，并将逐渐成为前列腺癌患者中的主流群体。根治性前列腺切除术加新辅助/辅助治疗是此类患者的主要治疗方案，但约40%的患者在术后出现BCR。同时，BCR与后期临床复发、转移和肿瘤特异性死亡密切相关。因此，通过各种标志物预测BCR风险以指导临床工作已成为前列腺癌诊疗中的重要方法。

目前，D’Amico风险分层法将诊断时的前列腺特异性抗原（prostate-specific antigen，PSA）值和国际泌尿外科病理学会（International Society of Urological Pathology，ISUP）分组纳入考量，是临床常用的前列腺癌风险预测模型。然而，随着PSA筛查的不断普及，前列腺癌患者分布从以高危人群为主转变为以中低危人群为主，传统风险分层方案的临床相关性可能逐渐降低。同时，目前的分层方法也无法解释前列腺癌进展的机制，也无法为前列腺癌治疗提供新的靶点。

广泛的基因组学、表观遗传学和转录组学研究提出了基于特定基因组异常的前列腺癌新分类。然而，蛋白质才是细胞过程的主要执行者，基因和转录谱的改变并不总是与蛋白质谱或活性的改变一致。因此，基于蛋白质的风险预测和分层策略或许可以为癌症研究提供更为深入的病理过程变化、治疗指导和预后预测。前列腺癌异质性较强，不同种族人群中，前列腺癌的遗传改变有所不同。可惜的是，目前前列腺癌蛋白质组学相关研究的病例样本较少且多基于西方人群开展，缺乏中国人群的相关数据，探索中国前列腺癌患者的蛋白质组学数据可以进一步揭示中国前列腺癌的分子机制并为临床治疗提供新的思考[1]。

研究方法

研究采用数据非依赖采集质谱分析法（data-independent acquisition mass spectrometry，DIA-MS）对306例中国前列腺癌患者的918个组织样本进行了蛋白质组学分析。研究者总计测量了超过10000种蛋白质，绘制了与不同ISUP分组有关的蛋白质组学特征，并确定了其中三种具有显著临床和分子学差异的前列腺癌亚型。随后，研究者开发了一个包含16种蛋白质的前列腺癌预后预测模型，通过基因敲除试验验证关键蛋白的功能，确定其在肿瘤进展中的作用，并在6个已发表的数据集和另外1个包含99个活检样本的队列中进行了验证。

研究结果

● 中国前列腺癌患者蛋白质组特征

研究者利用DIA-MS技术，对接受根治性前列腺切除术的306例前列腺癌患者的福尔马林固定石蜡包埋（formalin-fixed paraffin-embedded，FFPE）样本（下称PCSHA队列）进行蛋白质组学分析，共鉴定了10071种蛋白质的116631个肽段，肿瘤样本的蛋白质数量及蛋白质组学特征与正常组织存在显著差异。同时，研究还发现，与相同患者不同Gleason评分区域肿瘤样本间的蛋白质差异性相比，不同患者相同Gleason评分区域样本的蛋白质组差异性要更为显著，即肿瘤间异质性要大于肿瘤内异质性（图1A-C）。随后，进一步分析肿瘤组织样本和良性（癌旁）组织样本的差异表达蛋白（differentially expressed proteins，DEPs）发现，肿瘤组织中上调的蛋白多在各种代谢相关途径中富集，而下调的蛋白富集于肌动蛋白相关途径、前列腺素合成和调控、长链脂肪酸运输途径（图1D-E），与既往研究报道的结果一致。

图1 PCSHA队列整体分析

● 高级别前列腺癌中的细胞周期激活和细胞粘附抑制

总体来说，与Gleason评分较低的前列腺癌相比，Gleason评分更高的前列腺癌的侵袭性更强。为了探究这一机制，研究者分析了不同ISUP分组肿瘤样本中的DEPs，并将所有的失调蛋白分为12个组（图2A）。失调蛋白组1（n=679）和组2（n=644）在损伤修复途径和细胞周期相关通路中富集，且表达随着ISUP分级的升高而增加，组1中变化最显著的蛋白与核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）代谢及细胞增殖有关（图2B-E）。与之相对，组3（n=1008）和组4（n=1330）失调蛋白的表达随着ISUP分级的升高而降低，且此类蛋白多与细胞粘附和细胞骨架相关途径有关，表明高级别前列腺癌具有更强的迁移能力，组3中变化最显著的蛋白在多种代谢相关途径和中性粒细胞脱颗粒途径中富集（图2F）。上述研究结果显示，前列腺癌的进展可能受到代谢和微环境的影响，较高的细胞周期活性和较低的细胞粘附性显示肿瘤细胞具有干细胞样的性质，分化程度较低，恶性程度较高。

图2 不同IUSP分级中失调蛋白的表达

● 基于蛋白质组学特征的前列腺癌分子亚型

为了研究原发性前列腺癌的蛋白质组学，研究者对DEPs进行非负矩阵分解（non-negative matrix factorization，NMF）分析，将前列腺癌分为CPC1、CPC2和CPC3三种亚型并观察不同亚型患者临床指标的变化（图3A-C）。研究发现，三种亚型患者在年龄、ISUP分组、病理分期和治疗等特征方面相似，但在无BCR生存期方面具有显著差异，表明特定的蛋白质组特征可以预测前列腺癌患者的无BCR生存。CPC1和CPC2具有相似的蛋白质组特征，且主要特征为代谢相关途径的激活以及细胞周期、免疫相关信号通路和遗传信息处理通路的下调；CPC3亚型患者的预后最差，并以代谢相关过程和细胞间相互作用通路的下调、遗传信息处理和免疫细胞受体信号通路的上调为特征。

随后，研究者将1784个DEPs与一个包含744个蛋白质的数据库进行交叉分析，发现其中19种蛋白质或许可以成为前列腺癌潜在的治疗靶点。但这19种蛋白均在预后最差的CPC3亚型前列腺癌中表达下调，说明这些分子可能并不是直接适合前列腺癌治疗的靶点。

图3 基于蛋白质组学的前列腺癌患者的分层与预后的关联

● 开发和验证用于预测BCR的蛋白质组学模型

基于PCSHA队列的数据，研究者通过Lasso回归分析建立了一个包含16种蛋白质的预后预测模型（16-protein panel），用于预测前列腺癌患者的BCR。利用该模型，研究者将前列腺癌患者分为高风险组和低风险组，高风险组患者的无BCR生存较差，而低风险组患者的无BCR生存较好（log rank p＜0.0001）。该模型在PCSHA发现队列中的C指数为0.71，预测1年、2年和3年BCR的曲线下面积（area under the curve values，AUC）分别为0.850、0.856和0.899，并在PCSHA验证队列中得到了相似的结果，表明该模型预测BCR的效能较好（图4A-C）。这一模型多个外部验证数据集（3个转录组数据集和3个蛋白质组数据集）中均表现出良好的BCR预测效能（图4D-I）。

图4 开发并验证用于预测BCR的蛋白质组学模型

● 16-protein panel在不同ISUP分组和病理分期中表现良好

随着PSA筛查的广泛开展，早期前列腺癌患者的比例逐渐升高，PSA、ISUP分组和病理分期等临床指标的指导作用可能不如以往。研究者评估了16-protein panel预测模型在不同阶段前列腺癌中的预测价值，发现该模型在PCSHA发现队列和验证队列中，对不同ISUP分组和不同病理分期前列腺癌患者的无BCR生存均具有良好的预测效能（图4G），在另外2个外部验证数据集中也得到了相似的结果（图4H-I），可以为前列腺癌患者术后个体化治疗决策提供有价值的信息。

● 16-protein panel优于现有的预测模型

随后，研究者比较了16-protein panel与基于临床参数的预测方法的预测效能。多变量Cox回归分析显示，诊断时PSA水平、ISUP分组和病理分期与无BCR生存显著相关（图5A），其风险比（hazard ratio，HR）值从1.07至2.07不等，而16-protein panel的HR值为3.79，高于其他临床参数；同时，16-protein panel预测3年内无BCR率的AUC也显著高于其他临床指标。上述数据表明，16-protein panel对BCR的预测能力优于现有的基于临床参数的预测模型（图5A-B）。Sankey图显示16-protein panel的风险分层与BCR的关联性优于ISUP分组与BCR的关联性，也证实16-protein panel在预测BCR方面优于ISUP分组（图5C-E）。

图5 比较16-protein panel与其他临床参数的预测效能

● 在活检样本中验证16-protein panel

研究者在来自99例前列腺癌患者活检样本的独立验证队列（PCSHA-biopsy队列）中，进一步验证了16-protein panel预测前列腺癌无BCR生存的效能。分析发现，该队列中患者预后与D’Amico风险分层和病理分期之间无显著关联，16-protein panel预测BCR的AUC为0.88，展示出优于D’Amico风险分层、诊断时PSA水平、病理分期、ISUP分组等指标的预测效能。利用16-protein panel将患者分为高风险组和低风险组后，两组患者间16种蛋白的表达差异显著，风险分层与患者无BCR生存显著相关，高风险患者的预后更差（图6），验证了其在临床实践中的应用价值。

图6 使用活检样本验证16-protein panel对BCR的预测效能

● NUDT5和SEPTIN8是潜在的治疗靶点

研究发现，在上述16种蛋白中，ENY2、NUDT5、SEPTIN8、LTBP2和Cullin-5等5种蛋白与前列腺癌患者的预后不良呈正相关。ENY2、NUDT5、SEPTIN8这三种蛋白在高风险分组、高Gleason评分（8-10分）和/或晚期病理分期（T3/T4）中高表达，其中ENY2可以广泛调控转录并影响细胞生长，可能不适合作为治疗靶点。免疫组化结果显示，高危组患者的NUDT5和SEPTIN8的表达显著高于低危组（图7A-B）；而免疫蛋白印迹实验结果显示，与LnCaP细胞系相比，NUDT5在DU 145和C4-2前列腺癌细胞系中表达更高，而不同前列腺癌细胞系中SEPTIN8的表达无显著差异。

随后，研究者在PC-3细胞系中通过敲低实验进一步评估NUDT5和SEPTIN8在前列腺癌中的功能作用（图7C）。结果显示，单独敲低NUDT5或SEPTIN8对PC-3细胞的增殖、迁移或细胞周期无显著影响，但同时敲低NUDT5和SEPTIN8则可显著降低PC-3细胞的增殖、迁移和侵袭（图7D-M），表明NUDT5和SEPTIN8在促进前列腺癌恶性特征方面具有潜在的协同作用。

图7 验证潜在靶点

研究结论

本研究全面评估了中国前列腺癌患者的蛋白质组图谱，揭示了前列腺癌新的分子机制，填补了中国前列腺癌领域蛋白质组学数据的空缺。研究开发并验证了一种基于16种蛋白的预测模型，根据蛋白质组学特征对前列腺癌进行分类，可以有效预测前列腺癌患者BCR的风险，其预测效能显著优于目前基于ISUP分组、病理分期等临床参数的预测模型，充分展示了其在预测BCR方面的临床价值，值得在大规模的临床研究中进行验证。此外，本研究还发现NUDT5和SEPTIN8与前列腺癌恶性特征显著相关，可作为前列腺癌潜在的治疗靶点，为后续研究和药物研发提供了新的思路。

专家有话说

近年来，围绕基因组学、转录组学和表观遗传组学探索肿瘤发生发展机制无疑是前列腺癌领域的热点话题。基因组和转录组学研究取得了非常多的成果，提出了基于基因特征的前列腺癌新分类，使前列腺癌的诊疗更为精细化。但越来越多的研究发现，蛋白质作为生物功能的主要执行单位，其变化并不总是与基因和转录谱变化一致。深入研究蛋白质组学将为前列腺癌的疾病研究、预后预测、新药研发等方面提供助力。

随着基因组学、蛋白质组学等多组学技术的不断发展，临床对前列腺癌分子特征的了解不断深入，前列腺癌的精准治疗取得了跨越式发展。但前列腺癌作为激素依赖性肿瘤，雄激素剥夺治疗（androgen deprivation therapy，ADT）始终在其中发挥基石作用，也是各种联合治疗的基础。曲普瑞林6月剂型可以持续降低血清PSA水平并维持睾酮去势水平。一项开放标签、非比较、多中心，III期注册试验，纳入了120例晚期前列腺癌患者，间隔24周连续两次肌内注射曲普瑞林6月剂型。基线时测量睾酮水平，然后每4周复查一次。结果显示，患者接受曲普瑞林6月剂型治疗29天时，97.5%的患者睾酮可达到去势水平（睾酮≤50 ng/dl），且在第2-12个月治疗期间93.0%的患者可维持去势状态。同时，在患者接受曲普瑞林6月剂型治疗第1天、第12、24、36和48周时检测PSA，结果显示，在第6个月和治疗结束时，患者中位PSA相对于基线时分别降低97%和96%[2]。此外，曲普瑞林6月剂型为临床医生和患者带来了更为长效、便利的疾病控制手段，有助于患者长程管理。欧洲一项对402例接受促性腺激素释放激素激动剂（gonadotropin-releasing hormone agonist，GnRH-a）治疗的前列腺癌患者调查结果显示，大多数（60%）患者青睐注射间隔更长的6月剂型，因为6月剂型给药更灵活，可以进一步减少注射次数，改善治疗结果和生活质量，有利于提高患者治疗、随访的依从性[3]。

随着医学技术的不断发展，前列腺癌患者的生存得到了显著延长，“长生存、重质量”是当下前列腺癌患者的需求与特点。曲普瑞林作为临床实践中最常用的ADT药物之一，在前列腺癌领域累积了丰富的循证医学证据和使用经验，无论是过去、现在还是将来，都将在前列腺癌治疗中发挥基石作用，惠及更多患者。

专家简介

顾正勤 教授

上海交通大学医学院附属新华医院

医学博士，主任医师，硕士生导师

上海交通大学医学院附属新华医院泌尿外科副主任

上海市医学会男科专科分会委员

上海市医师协会泌尿外科分会委员

上海市医学会泌尿外科分会肿瘤学组委员

中国抗癌协会泌尿男生殖系肿瘤专业委员会前列腺癌、肾癌学组委员

参考文献

1. Sun R, et al. Cell Rep Med. 2024 Aug 20;5(8):101679.