曾劍 金龍玉 劉建新
肺鱗癌蛋白質(zhì)組學(xué)研究現(xiàn)狀
曾劍 金龍玉 劉建新
肺鱗癌的蛋白質(zhì)組研究是探析肺鱗癌發(fā)病機(jī)理的重要方法之一,能為肺鱗癌的臨床診斷、治療以及預(yù)后判斷提供重要信息。目前對(duì)肺鱗癌的蛋白質(zhì)組研究取得了許多成果,本文就此做一綜述。
肺癌;鱗狀細(xì)胞癌;蛋白質(zhì)組;診斷;預(yù)后
肺癌是目前全球發(fā)病率最高的惡性腫瘤之一,其中以鱗癌最為常見,約占全部肺癌例數(shù)的30%~50%。隨著蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的發(fā)展及其在肺癌研究中的應(yīng)用,對(duì)肺癌的蛋白質(zhì)組學(xué)研究取得了許多重要的成果。肺癌包括多種類型,每種類型的病因、機(jī)理及其分子生物學(xué)行為均有所不同,須分別予以研究探討,本文就現(xiàn)階段肺鱗癌的蛋白質(zhì)組學(xué)研究的現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。
肺鱗癌的蛋白質(zhì)組學(xué)研究是指應(yīng)用大規(guī)模蛋白質(zhì)分離和鑒定技術(shù),研究肺鱗癌癌細(xì)胞在特定時(shí)間和空間上表達(dá)的基因組編碼的全部蛋白質(zhì)及其組成成分、表達(dá)水平和修飾狀態(tài),以及蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用和聯(lián)系,從蛋白質(zhì)水平了解肺鱗癌的發(fā)生發(fā)展機(jī)理,診斷、治療及其預(yù)后判斷提供客觀依據(jù),主要包括結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學(xué)和功能蛋白質(zhì)組學(xué)研究。目前研究主要集中在前者,標(biāo)本大多取自活體肺鱗癌組織、體外培養(yǎng)的肺鱗癌細(xì)胞和人體血清。肺鱗癌的蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)包括蛋白質(zhì)分離技術(shù)、蛋白質(zhì)鑒定技術(shù)和生物信息學(xué)技術(shù)。蛋白質(zhì)分離技術(shù)常用的有雙向凝膠電泳(twodimensional gel electrophoresis,2-DE);二維液相色譜(two-dimensional liquid chromatography,2D-LC)、二維毛細(xì)管電泳(two-dimensional capillary electrophoresis,2D-CE)、液相色譜—毛細(xì)管電泳(liquid chromatographycapillary electrophoresis,LC-CE)等技術(shù),其主流技術(shù)是雙向凝膠電泳;蛋白質(zhì)鑒定技術(shù)主要有質(zhì)譜分析法(mass spectrometry,MS),窄pH梯度膠分離以及高靈敏度蛋白質(zhì)染色技術(shù),其中質(zhì)譜分析法包括電噴霧質(zhì)譜技術(shù)(electrospray ionization,ESI)、基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時(shí)間質(zhì)譜(matrix-assisted laser desorption/ionization-time of flight-mass spectrometry,MALDI-TOF-MS)、表面增強(qiáng)激光解析電離飛行時(shí)間質(zhì)譜(surface-enhanced laser desorption/ionization-time of flight-mass spectrometry,SELDI-TOFMS),生物信息學(xué)是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和生命科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展相互融合而成的一門新學(xué)科,主要用于數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)、處理、構(gòu)建、搜索及研發(fā)等[1-2]。就目前來看,國(guó)外對(duì)于肺鱗癌的蛋白質(zhì)組學(xué)研究進(jìn)行得較少,我國(guó)在這方面的研究處于領(lǐng)先。
肺鱗癌的發(fā)病機(jī)制目前仍不是很清楚,從蛋白質(zhì)組學(xué)研究角度,了解到在肺鱗癌的發(fā)生發(fā)展過程中有一些新蛋白質(zhì)的出現(xiàn),也有一些其它正常組織或癌組織中也存在,但在肺鱗癌組織中呈現(xiàn)顯著增多或減少的蛋白質(zhì),這對(duì)于了解肺鱗癌的發(fā)病機(jī)制以及早期診斷肺鱗癌有很大的幫助。
黃英等[3]對(duì)肺鱗癌組織Wnt5a蛋白表達(dá)的研究表明,在鱗癌組織中Wnt5a蛋白表達(dá)明顯升高,Wnt5a蛋白表達(dá)與Wnt5a基因有相同趨勢(shì),Ⅲ~Ⅳ期較Ⅰ~Ⅱ期增高,且吸煙患者的Wnt5a蛋白表達(dá)也較非吸煙患者為高。羅國(guó)安等[4]鑒定出了7個(gè)僅在肺鱗癌表達(dá)的蛋白,包括zinc finger protein 160、complex Ⅰ、MHC class Ⅰ antigen、KIAA1323 protein、ORF protein、CaMK-Ⅱ、gamma subunit;有如下蛋白表達(dá)量在肺鱗癌顯著增多: MPOC, hemoglobin mutant βchain,hemoglobin β chain,MnSOD,Prx-1,DJ-1,CB,similar to v-ets avian erythroblastosis virus E26 oncogene homolog 1,Anti TNF-alpha antibody light-chain Fab fragment (2個(gè)) ERp29,CGI-145 protein mRNA,hemoglobinβ-subunit variant,immuno globulin kappachain VK-1,ADP-ribosyl cyclase 1,Ig kappa chain N IG2 precursor,CRT,DJ398G3.1,mutantβ-globin;有如下蛋白呈低表達(dá): serumalbumin,a-enolase -1,BiP protein,PD IA1,TPM2,TPM3, Vim,β-actin,Glx I,similar to hypothetical protein FLJ10830,SNAP,HSP27,neuropolypep tide h3,AK1,aldolase A。
SCC-Ag是腫瘤相關(guān)抗原(TA24)提純亞單位,是鱗癌細(xì)胞的一種特殊蛋白質(zhì),正常組織含量極低[5]。在參與肺鱗癌組研究的患者中陽(yáng)性率為68.15%,表達(dá)水平為3127±2119,表明SCC-Ag可作為肺鱗癌與其它類型肺癌的鑒別診斷指標(biāo)[6]。
通過對(duì)20例人肺鱗癌組織和配對(duì)的癌旁正常支氣管上皮組織進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)研究,湯參娥等[7]人找到差異蛋白質(zhì)點(diǎn)76個(gè),對(duì)68個(gè)差異蛋白質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行了肽質(zhì)量指紋圖分析,鑒定出一些與瘤基因、細(xì)胞周期調(diào)控、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等有關(guān)的肺鱗癌相關(guān)蛋白;研究并發(fā)現(xiàn)了肺鱗癌相關(guān)蛋白mdm2、c-Jun和表皮生長(zhǎng)因子受體(EGFR)在人肺鱗癌組織中高表達(dá),而在正常對(duì)照中均表達(dá)下調(diào),結(jié)論成功鑒定了68個(gè)肺鱗癌相關(guān)蛋白。
吳曉英等[8]應(yīng)用脫氧膽酸-三氧醋酸(DOC-TCA)法提純支氣管上皮癌變各階段組織總蛋白質(zhì),比較分析人支氣管正常上皮、鱗狀化生、典型增生和上皮浸潤(rùn)癌組織各7例的雙向凝膠電泳圖譜,鑒定出大量與細(xì)胞增生、分化和信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)的蛋白質(zhì),發(fā)現(xiàn)其中TPR repeat-protein 1能與熱休克蛋白(hsc70)的c端區(qū)域相互作用,抑制某些還原酶的活性;WAP14作為蛋白酶抑制子,它可能是抗擊入侵的微生物或調(diào)節(jié)內(nèi)源性蛋白水解酶,可能與鱗化后纖毛的防御能力喪失而機(jī)體以此代償有關(guān);Folate receptor2具有調(diào)節(jié)組織的葉酸平衡及抗腫瘤作用;M-phase phosphoprotein 6對(duì)細(xì)胞分裂進(jìn)程有促進(jìn)作用;hnRNP G與hnRNP B1是同一家族成員,hnRNP B1在不典型增生與早早期肺癌中均過表達(dá);TNF alpha induced protein 1能誘導(dǎo)和抑制多個(gè)基因表達(dá),如通過抑制癌基因c-jun表達(dá)而發(fā)揮抗腫瘤作用。MTAPase參與嘌呤、多苯胺的代謝及與調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)甲基化的活性有關(guān)。在上皮浸潤(rùn)性鱗癌組織中表達(dá)的N-myc-interactor(Nmi)是Mvc蛋白家族的新成員,此蛋白家族在細(xì)胞增生、分化和腫瘤轉(zhuǎn)型方面起著重要作用。在浸潤(rùn)癌組織中兩種蛋白R(shí)GS-R(Regulator of G-protein signaling 16)和Mitogen-activated protein kinase 10(JNK3)均為重要的信號(hào)傳導(dǎo)蛋白,其中RGS-R參與EGFR信號(hào)傳導(dǎo)通路,P53對(duì)此種G蛋白信號(hào)調(diào)節(jié)子具有靶向性抑制作用;JNK3除調(diào)節(jié)信號(hào)傳導(dǎo)外,還是一種與神經(jīng)凋亡有關(guān)的蛋白激酶。該研究為進(jìn)一步探討肺鱗癌癌變機(jī)制,篩選肺鱗癌的特異性分子標(biāo)志物奠定了初步基礎(chǔ)。
李萃等[9]的另一項(xiàng)研究結(jié)果鑒定出一些共同的肺鱗癌相關(guān)蛋白質(zhì),如原癌基因c-Jun、上游結(jié)合因子、鳥嘌呤核苷酸結(jié)合蛋白質(zhì)B亞單位樣蛋白、Rho相關(guān)的GTP結(jié)合蛋白R(shí)hoQ、mdm2、XEDAR等,發(fā)現(xiàn)它們?cè)诜西[癌發(fā)病中具有重要的作用,有可能是鱗癌潛在的分子標(biāo)志物。密歇根大學(xué)醫(yī)學(xué)中心在對(duì)16例肺鱗癌研究中發(fā)現(xiàn)了52個(gè)與其它類型肺癌差異表達(dá)的蛋白質(zhì)點(diǎn)。其中32個(gè)蛋白質(zhì)點(diǎn)已被鑒定。該研究將有利于鑒定肺鱗癌新的早期診斷的分子標(biāo)志物[10]。
體外培養(yǎng)細(xì)胞也是用來進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)研究的一種取材,其優(yōu)點(diǎn)就是細(xì)胞純度高,不存在干擾標(biāo)本檢測(cè)的其它組織。但體外培養(yǎng)細(xì)胞不足之處在于經(jīng)過多代培養(yǎng)后,子代細(xì)胞可能有蛋白質(zhì)的變化差異存在,影響研究結(jié)果。同時(shí)一些分泌蛋白被分泌到細(xì)胞外也無法精確測(cè)定。
Zhang等[11]選擇人肺鱗癌細(xì)胞系NCI-H226進(jìn)行2-DE分析研究,鑒定出28種肺鱗癌蛋白質(zhì),并建立了肺鱗癌NCI-H226細(xì)胞系的2D數(shù)據(jù)庫(kù),該庫(kù)由127種蛋白質(zhì)組成,這是迄今為止最大的肺癌2D蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫(kù)之一,對(duì)肺鱗癌及其它類型肺癌的進(jìn)一步研究提供了重要的線索。詹顯全等[12]對(duì)人肺鱗癌細(xì)胞系NCI-H 520雙向電泳圖譜中的60個(gè)蛋白質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行PMF分析,初步鑒定了44個(gè)與細(xì)胞周期、細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)有關(guān)的蛋白質(zhì)。Li等[13]運(yùn)用血清蛋白質(zhì)組學(xué)分析法對(duì)人肺鱗癌細(xì)胞系HTB-182進(jìn)行生物標(biāo)記物篩選,鑒定出16種差異表達(dá)的蛋白質(zhì)。
血清的蛋白質(zhì)組學(xué)研究相對(duì)于組織的蛋白質(zhì)組學(xué)研究而言,難度要大。主要原因在于血清中蛋白質(zhì)豐富,干擾大,存在大量高豐度的蛋白質(zhì),而所要研究的目標(biāo)蛋白質(zhì)在血清中的豐度可能極低,蛋白質(zhì)分子量極少,難以檢測(cè)到,因此血清蛋白質(zhì)組學(xué)研究對(duì)儀器設(shè)備的要求更高,以前所采用的血清蛋白質(zhì)組研究方法只能獲得一些豐度高的蛋白質(zhì),目前最新的、敏感度較高的血清蛋白質(zhì)組學(xué)研究采用的方法主要為SELDI(Surfaced Enhanced Laser Desorption/Ionization)蛋白質(zhì)芯片技術(shù)。它具有快速、簡(jiǎn)單、敏感、樣本用量少等優(yōu)點(diǎn)[14]。
采用以腫瘤免疫學(xué)與蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)有機(jī)地結(jié)合為基礎(chǔ)的血清蛋白質(zhì)組學(xué)研究體系(SERPA),李萃等[15]成功鑒定出14個(gè)肺鱗癌相關(guān)抗原,利用IPG雙向電泳分離人肺鱗癌組織及癌旁正常支氣管上皮組織的總蛋白質(zhì),以識(shí)別差異表達(dá)的蛋白質(zhì);應(yīng)用質(zhì)譜儀得到相應(yīng)的肽質(zhì)指紋圖譜,鑒定出一些瘤基因、細(xì)胞周期調(diào)控、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等有關(guān)的蛋白質(zhì),包括α-烯醇酶及其異構(gòu)體、前B細(xì)胞增強(qiáng)因子前體、細(xì)胞角蛋白10、二硫化物異構(gòu)酶ER60前體、ATP合酶β鏈、磷酸丙糖異構(gòu)酶及其異構(gòu)體、磷酸甘油酸變位酶1、果糖二磷酸醛縮酶、膜聯(lián)蛋白A2、鳥嘌呤核苷酸結(jié)合蛋白質(zhì)β亞單位樣蛋白、碳酰還原酶,它們均與肺鱗癌的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。
戴嵩瑋等[16]驗(yàn)證并鑒定出在肺鱗癌病人血清淀粉樣蛋白質(zhì)SAA高表達(dá),而且隨著病程的惡化,SAA的表達(dá)水平升高,CYFRA21-1屬角蛋白19片段,是非小細(xì)胞癌較有價(jià)值的血清腫瘤標(biāo)志物[17-18],通過對(duì)鱗癌患者不同臨床分期血清兩種細(xì)胞角蛋白分子片段(TPS,CYFRA 21-1)及SCC-Ag的檢測(cè)結(jié)果比較可以看出鱗癌患者Ⅲ、Ⅳ期血清TPS,CYFRA 21-1及SCC-Ag水平及陽(yáng)性率明顯高于Ⅰ、Ⅱ期(P<0.05),而各期鱗癌患者TPS,CYFRA21-1的檢測(cè)陽(yáng)性率均高于SCC-Ag的檢測(cè)陽(yáng)性率[19]。趙兵等[20]通過用化學(xué)發(fā)光法檢測(cè)發(fā)現(xiàn)CYFRA21-1在肺鱗癌中陽(yáng)性率極高,達(dá)84.8%,SCC在肺鱗癌組中陽(yáng)性率為37%。進(jìn)一步說明SCC可作為肺鱗癌的鑒別指標(biāo),有助于肺癌的病理分型。
聶贛娟等[21]通過對(duì)肺鱗癌患者及健康人血清蛋白質(zhì)組學(xué)研究,識(shí)別了4條差異蛋白質(zhì)條帶,鑒定了29種非冗余的蛋白質(zhì),其中一些蛋白質(zhì)可能是候選的肺鱗癌血清分子標(biāo)志物,該研究發(fā)現(xiàn)結(jié)合珠蛋白-2(HP-2)在肺鱗癌患者血清中的表達(dá)水平高于健康人。
蛋白質(zhì)的差異表達(dá)也能對(duì)肺鱗癌的預(yù)后作一定的判斷,即通過檢測(cè)某種蛋白質(zhì)的表達(dá)增高或減低,來判斷腫瘤預(yù)后的好壞。這方面也取得了一些重要的成就。如羅國(guó)安等[4]鑒定出了24個(gè)與肺癌發(fā)生有關(guān)的蛋白,分別是:髓過氧化物酶異構(gòu)體(C)A鏈、錳過氧化物歧化酶A鏈、Peroxiredoxin 1、人主要組織相容性抗原Ⅰ、組織蛋白酶B、磷酸丙糖異構(gòu)酶、ADP-ribosyl cylase1、α-烯醇化酶21、β-原肌球蛋白2、Vimentin、β-肌動(dòng)蛋白、醛酮變位酶Ⅰ、熱休克蛋白27、神經(jīng)肽h3、凝結(jié)因子X、Galectin-1、醛縮酶A、MAP kinase 3b、p53相關(guān)蛋白、Cyclophilin A、血清白蛋白、BiP protein和血色素蛋白。從目前對(duì)肺癌臨床檢測(cè)和疾病愈后來看,Prx-1,CB,α-enolase,ADP-ribosyl cyclase,CRT,TPI,醛縮酶A(aldolase A),HSP27等可用于肺鱗癌臨床診斷指標(biāo),其活性上升預(yù)示著有不佳的預(yù)后。相反,BiP,Glx Ⅰ,MnSOD,TPM活性上升則預(yù)示了良好的預(yù)后。在對(duì)靶蛋白(酶)的尋找上,MAP激酶3b和GlxⅠ值得關(guān)注。張廷平等[22]發(fā)現(xiàn)在肺鱗癌中,NK細(xì)胞和DCs在腫瘤組織中的浸潤(rùn)數(shù)量與腫瘤患者的預(yù)后呈正相關(guān),可作為判斷肺鱗癌預(yù)后的指標(biāo)之一,兩者聯(lián)合檢測(cè)意義較大,但兩者不是影響預(yù)后的獨(dú)立因素。Engel等[23]發(fā)現(xiàn)肺鱗癌nm23 mRNA的表達(dá)高于癌旁正常組織,低分化癌高于中分化癌,nm23 mRNA高表達(dá)病例生存時(shí)間短。鄒偉等[24]在肺鱗癌研究中還發(fā)現(xiàn),半年內(nèi)死亡組的p53蛋白陽(yáng)性表達(dá)率明顯高于5年以上生存組;半年內(nèi)死亡組p16蛋白陽(yáng)性率則明顯低于5a以上生存組;nm23蛋白表達(dá)與患者預(yù)后關(guān)系不明顯。
蛋白質(zhì)是基因表達(dá)的產(chǎn)物,理論上認(rèn)為,肺鱗癌細(xì)胞發(fā)生了多少基因突變,就有多少種肺鱗癌的細(xì)胞蛋白質(zhì)變化。目前對(duì)于肺鱗癌蛋白質(zhì)組學(xué)研究其難點(diǎn)仍在于對(duì)低豐度蛋白質(zhì)的提取與鑒定,這主要是對(duì)研究設(shè)備提出了新的要求。此外,雖然目前在肺鱗癌蛋白質(zhì)組學(xué)研究方面已經(jīng)鑒定出了不少差異蛋白質(zhì),但這些蛋白質(zhì)相對(duì)于肺鱗癌的臨床診斷而言其特異性、敏感性有多大,仍有待我們作進(jìn)一步的研究。研究肺鱗癌的發(fā)病機(jī)制關(guān)鍵是在于從分子生物學(xué)角度進(jìn)行,隨著研究層次的更加精深發(fā)展和研究設(shè)備的不斷更新提升,對(duì)肺鱗癌的研究也將越來越廣泛。但對(duì)于肺鱗癌的總蛋白質(zhì)的提取仍是一個(gè)長(zhǎng)期的過程。相信在不久的將來,隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步,對(duì)于探索肺鱗癌的分子生物學(xué)事件及其發(fā)病機(jī)制必將變得更加清晰。
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lung cancer; squamous cell carcinoma; proteome; diagnosis; prognosis
10.3969/j.issn.1009-4393.2010.12.020
410013 中南大學(xué)湘雅三醫(yī)院胸外科 (曾劍 金龍玉 劉建新)