Cell细胞外囊泡和颗粒生物标志物可 - 骨肉瘤早期

TUhjnbcbe - 2021/3/24 1:33:00

本期遗传学与整合组学课题组为大家带来的是年八月份发表在Cell的”ExtracellularVesicleandParticleBiomarkersDefineMultipleHumanCancers”一文，描述在组织和血浆中定义了肿瘤类型特异性细胞外囊泡蛋白，可以对未知原发性肿瘤进行分类。PART.研究背景矩形色块病理学家通常使用组织活检来诊断癌症，癌症扩散并测量治疗反应，但是组织活检是一种侵入性的检测手段。同时，液体活检具有最小的侵入性，可以连续获得，并且可以在更早，更可治愈的阶段检测到癌症。外泌体在各类体液中含量丰富，可能作为液体活检的重要方式之一。随着人们对液体活检技术用于早期癌症检测的期望越来越高，外泌体可能会提供宝贵的资源。PART.简介矩形色块文章报道了组织外植体（Tissueexplants,TEs），血浆和其他脂质体的例人类样品中细胞外囊泡和颗粒（extracellularvesiclesandparticles,EVPs）检测出新颖的泛EVP标记物。文章分析了例TEs和例血浆来源的EVPs蛋白质组。TE的EVPs可将肿瘤与正常组织区分开，血浆来源的EVP内含物，在检测癌症时具有较高的灵敏度和特异性。还分析了一组肿瘤类型特异性EVP蛋白，可以对未知原发性肿瘤进行分类。EVP蛋白可以用作癌症检测和确定癌症类型的可靠生物标记物。PART.03实验思路PART.研究结果矩形色块

作者通过对来自人体组织、血液的份EVP进行了蛋白组学分析（图1），发现传统的EVP标志物CD63、TSG、FLOTHILLINS和ALIX，同时确定出了新的人EVP标记物MSN、FLNA、STOM和RAP1B等13种蛋白质，扩展了EVP标记物的范围。

图1

不同来源的个样本中获得的EVPs的蛋白质组学特性

接下来作者为了鉴别区分组织特异性肿瘤衍生的EVP，对胰腺癌和肺癌患者肿瘤和近端非肿瘤组织的EVP进行分析，发现了EVP的蛋白是具有肿瘤特异性的（图2），发现了11种肿瘤特异性的EVP蛋白。同时每种肿瘤类型的EVP蛋白是不同的，表明不同肿瘤类型在EVP水平上存在差异。特别发现了几种肿瘤EVP特有的DAMP分子，包括SA4和SA13、BSG和LGALS9。表明这些蛋白具有PaCa和LuCa特异性生物标志物的潜力。癌症EVP蛋白可能反映选择性包装，并且可以区分癌症类型。

图2

在手术切除的TEs中装载PaCa和Luca特异性EVP蛋白

作者为了扩大肿瘤组织类型，募集了18种不同类型肿瘤组织，通过随机森林算法进行分类，确定了最有可能区分癌症和非癌症的蛋白质组合（图3A）。

图3

多种肿瘤类型的组织外植体EVP特征的鉴定

除了分析组织来源的EVP蛋白质组成，血浆仍然是液体活检最容易获得的来源。因此，为了了解与肿瘤相关的EVP蛋白的特征和组成，调查这些蛋白质是否源自肿瘤组织，近端非肿瘤组织、远端非肿瘤组织或其他地方。分析了9例PaCa和12例LuCa患者的血浆EVP蛋白质组，选择了在超过30％的患者血浆，但从未出现在28位健康成人对照组的血浆中。发现PaCa和LuCa分别具有51和19个血浆来源的EVP蛋白（图5）。

对于LuCa，我们确定了30％以上的患者中存在19种血浆EVP蛋白。与PaCa不同，在LuCa肿瘤组织中检测到的所有蛋白质均在近端非肿瘤组织和大部分远端非肿瘤组织中发现。而在肿瘤组织，近端非肿瘤组织或远端非肿瘤组织中未检测到，这支持了癌症的系统性。

为了证明这些观察结果不仅限于LuCa和PaCa或成年癌症，检查了从患有两种最常见的小儿实体癌：成神经细胞瘤和骨肉瘤的晚期患者中分离出的TT和血浆衍生的EVP。小儿癌症正在迅速增长，超过了它们起源的器官，因此使AT的采集非常困难。我们分析了来自9例神经母细胞瘤和7例骨肉瘤患者的TT衍生的EVPs和来自15例神经母细胞瘤和5例骨肉瘤患者的血浆衍生的EVP（图5）。还评估了来自15个小儿HC的血浆来源的EVP。作者分析33％的癌症患者血浆中检测到的EVP蛋白，而从未在任何对照受试者血浆中检测到。在神经母细胞瘤中，发现了10种血浆EVP蛋白。在骨肉瘤中，确定了6种血浆EVP蛋白，它们与组织形态发生有关（图5）。有趣的是，EVP蛋白货物反映了每种癌症（成骨细胞与成神经细胞）的起源细胞。接下来，采用有针对性的MS方法，即平行反应监测（PRM），对从15PaCa和15小儿实体癌的独立队列中分离的血浆来源的EVP中的这20种蛋白质进行定量，最终确定16种最能定义成人和儿童癌症的蛋白质。这表明EVP蛋白谱可作为液体活检工具来检测癌症并区分癌症类型。

图4

组织和血浆衍生的EVP中肿瘤相关蛋白内含物的鉴定和验证

同时作者扩大了肿瘤类型血浆样本，分析了77位具有16种不同癌症类型的癌症患者的种血浆来源的EVP蛋白质组，包括乳腺癌，肺癌或胰腺癌，间皮瘤和神经母细胞瘤，以及43位小儿实体癌受试者（图5）。采用随机森林分类法，以与组织样本所述相同的方式，探索了肿瘤相关血浆EVP的内含物。训练集的十倍交叉验证产生了％的敏感性和82％的特异性（图5）。模型达到了95％的敏感性和90％的特异性，表明不同免疫球蛋白相关蛋白的组合对于检测癌症最有预测意义。当使用血浆EVP中检测到的所有种蛋白质生成模型时，灵敏度达到％，特异性达到92％。

值得注意的是，区分癌症和非癌症的预测蛋白不仅包括癌症患者中存在的血浆来源的EVP蛋白，而且还包括癌症患者血浆中EVP中不存在或水平低的正常血浆EVP中发现的那些蛋白，进一步支持了癌症与非癌症区分的观点也应考虑到在癌症中丢失的那些EVP蛋白。表明血浆来源的EVP蛋白可用作液体活检检测癌症的有用方法。

图5

不同癌症患者血浆中与肿瘤相关的EVP内含物的鉴定

作者通过机器学习分析训练数据，发现不同的癌症类型，包括胰腺癌、肺癌、乳腺癌、结直肠癌和间皮瘤，可以通过从肿瘤组织或血浆中提取的EVP蛋白的特定组合来区分（图6）。这些癌细胞类型特异的蛋白信号可以作为一种液体活检工具来帮助诊断和指导这些患者的治疗。同时肿瘤衍生的EVP可对原发性肿瘤进行分类。

图6

肿瘤衍生的EVP可对原发性肿瘤进行分类

PART.总结与展望矩形色块

总而言之，作者的发现支持与肿瘤相关的EVP蛋白可以用作早期癌症检测，治疗反应以及潜在诊断原发性未知肿瘤的生物标记。这些发现可能会导致开发新的和改进的方法，用于临床中总的肿瘤来源的EVP分离和实施基于血浆EVP的常规筛查。

文献分享者：成意财原文引用：