Cell子刊|蛋白質糖基化修飾表徵高級別漿液性卵巢癌進程

2021-01-10 騰訊網

景傑學術 | 報導

題目：Integrated Proteomic and Glycoproteomic Characterization of Human High-Grade Serous Ovarian Carcinoma（人高級別漿液性卵巢癌的蛋白質組學和糖基化修飾組學特徵）

發表時間：2020年10月20日

期刊：Cell Reports

影響因子：8.109

作者及單位：約翰斯·霍普金斯大學醫學院張會教授團隊

主要結論：首次揭示了蛋白質糖基化修飾在高級別漿液性卵巢癌的發生和發展過程中的動態變化。

卵巢癌(Ovarian Cancer)是最常見的婦科惡性腫瘤之一，因其惡性程度位居女性生殖系統惡性腫瘤榜首，故而被形象地稱為「婦癌之王」。高級別漿液性卵巢癌(High-grade serous ovarian carcinomas, HGSC)是卵巢癌中最常見的類型，約佔四分之三，惡性程度較高，容易出現轉移。超過70%的患者在初次確診時已經是晚期，是卵巢癌患者死亡的主要原因。如何從分子水平準確診斷出這群預後較差的HGSC患者，並提供有效的靶向治療，是當今世界卵巢癌研究亟待解決的問題。

後基因組時代，利用蛋白質組學及蛋白質修飾組學技術，全面分析包括卵巢癌在內的多種腫瘤組織、腫瘤細胞蛋白質組成成分、表達水平與蛋白質修飾狀態的動態變化，不僅幫助科學家尋找到了多種用於腫瘤早期篩查的特異腫瘤標誌物，而且還為研究腫瘤耐藥相關蛋白及機制、揭示腫瘤新型治療靶點帶來了嶄新的思路。比如，2016年Cell首次發表了美國太平洋西北國家實驗室Karin D. Rodland教授等人有關169例卵巢癌蛋白基因組學與磷酸化修飾組學研究，系統描述了卵巢癌在蛋白或磷酸化修飾水平的分型規律[1]；隨後在2018年，Cell報導了馬克思普朗克生物化學研究所Marion Curtis教授等人對晚期高級別漿液性卵巢癌腫瘤樣本的蛋白質組學研究，發現了卵巢癌獨立預後因子——癌-睪丸抗原CT45[2]；2019年，還是利用蛋白質組學技術，來自芝加哥大學的Ernst Lengyel教授等人在Nature報導了調控卵巢癌發生發展以及轉移過程的關鍵蛋白N-甲基轉移酶NNMT[3]。儘管卵巢癌研究領域近些年取得了諸多重磅級成果，卻未阻止科學家們繼續探索其他蛋白質修飾與卵巢癌之間的潛在聯繫。

蛋白質糖基化修飾(glycosylation)是生物體內普遍存在的一種重要的蛋白質翻譯後修飾類型 (post-translational modification, PTM)，在腫瘤發生、發展、侵襲、遷移過程中都已被證明發揮著重要作用。根據糖肽鍵的不同，糖基化修飾可分為：N-連結糖基化、O-連結糖基化、C-連結糖基化、以及磷脂醯肌醇錨定糖基化四大類型，其中功能研究最多的是N-連結糖基化。

2020年10月20日，約翰斯·霍普金斯大學醫學院張會教授團隊，在Cell子刊Cell Reports上發表題為「Integrated Proteomic and Glycoproteomic Characterization of Human High-Grade Serous Ovarian Carcinoma」的研究論文[4]，利用蛋白質組學 (proteomic)和N-連結糖基化蛋白質組學 (glycoproteomic)技術（質譜策略），系統地分析了83例HGSC患者腫瘤組織及23例健康輸卵管組織標本（樣本策略）。研究人員發現，與正常組相比，HGSC腫瘤中糖基化蛋白質的種類、糖基化修飾位點的數量以及糖基化位點特異糖鏈的類型都發生了不同程度的改變，首次揭示了蛋白質糖基化修飾在HGSC的發生和發展過程中的動態變化，為未來開發針對糖基化修飾的HGSC早期診斷試劑及治療藥物，提供了重要的研究思路與理論基礎。

文獻精讀

研究人員通過整合運用標記法(tandem mass tags, TMTs)蛋白質組定量分析、固相提取糖基位點肽(solid phase extraction of glycosite-containing peptides, SPEG)及完整糖肽(intact glycopeptides, IGP) 分析(圖1A)，共在HGSC和健康組輸卵管標本中鑑定到8,114種蛋白質 ，其中5,916種蛋白質同時存在於HGSC及健康標本中(圖1B)。而在全部8,114種蛋白質中，研究人員鑑定到了1,690個含有N糖基化位點的糖肽以及3,202個IGPs；而在5,916種蛋白質中，則共檢測到490個含有N糖基化位點的糖肽以及365個IGPs(圖1B)。

圖1 蛋白質定量及糖基化修飾組學研究HGSC及健康輸卵管組織

研究人員將所有IGPs數據進行主成分分析(Principal components analysis, PCA)，發現HGSC明顯區別於健康組織(圖2A)，並且在HGSC中，142個IGPs表達水平發生了明顯改變(圖2B; 48個表達上調，94個表達下調)。使用受試者工作特性曲線(receiver-operating characteristic curve, ROC curve) 分析，研究人員描述了四種可以用來區別HGSC與健康組的IGPs：HYOU1、FKBP10、PSAP以及PPT1(圖2C)。此外，KEGG富集分析結果顯示，在HGSC中，表達量上調的IGPs主要存在於溶酶體；而表達量下調的IGPs則存在於補體和凝血級聯途徑、細胞外基質受體相互作用途徑、PI3K-Akt信號通路等(圖2D)。重要的是，在HGSC中，高甘露糖型(HM-)糖基化修飾豐度最高，並主要富集於溶酶體中(圖2F)，而唾液酸型(SA-)和巖藻糖型(Fuc-)糖基化修飾豐度則相對較低(圖2E)。

圖2 IGPs在HGSC及健康輸卵管組織中的表達差異

研究人員在HGSC中發現，有些糖蛋白表達量水平並未出現明顯異常，但其糖基化修飾位點的修飾水平卻發生了明顯改變。例如，卵巢癌的生物標誌物之一MCU16，在HGSC和健康輸卵管中蛋白表達量相近(圖3C)，但其兩個糖修飾位點MUC16_12272和MCU16_12586的糖基化修飾水平則在HGSC中明顯升高(圖3A, D, E)，再一次佐證了，在癌症中研究蛋白質修飾水平變化的重要性。

圖3 糖蛋白在HGSC及健康輸卵管組織中的表達差異

小結與展望

總之，在本項研究中，作者首次系統地描述了卵巢癌中糖基化修飾水平的變化，為蛋白質糖基化修飾在調控卵巢癌發生發展過程中扮演著重要角色這一科學事實又提供了令人信服的證據，與此同時，也為將來開發以糖基化修飾位點為靶點的卵巢癌早期診斷與靶向治療方式，提供了新的潛在靶點和思路。

糖基化修飾組學

糖基化修飾（glycosylation）是一種重要且廣泛存在的蛋白質翻譯後修飾方式。生物體內一半以上的蛋白存在糖基化修飾，包括轉錄因子，糖代謝相關酶類等。

參考應用與案例

生理機制研究：糖基化修飾影響蛋白質空間構象、活性、運輸和定位，廣泛參與到細胞間識別、調控、信號傳導、免疫應答、細胞轉化等生理過程。

O-GlcNAcylation of SIRT1 enhances its deacetylase activity and promotes cytoprotection under stress.Nature Communications (IF=12.121).

病理研究：異常的蛋白質糖基化修飾通常與許多疾病的病理進展有關，包括癌症、神經退行性疾病、肺部疾病、血液疾病和遺傳病等。大多數糖蛋白質是潛在的藥物作用靶標，這使糖蛋白成為臨床和生物學研究中一類重要目標。

Global profiling of O-G lcNAcylated and/or phosphorylated pr oteins in hepatoblastoma.Signal Transduction and Targeted Therapy (IF=13.493).

疾病生物標誌物：糖基化蛋白通常位於細胞表面且容易分泌到循環系統中，具有作為疾病診斷生物標誌物的巨大潛力。

Proteogenomic Characterization of Human Early-Onset Gastric Cancer.Cancer Cell (IF=26.602).

農林領域：糖基化修飾廣泛應用於農林領域研究，研究證實糖基化修飾參與調控植物免疫、生長發育、逆境脅迫等重要生物學過程。

The protein modifications of O-GlcNAcylation and phosphorylation mediate vernalization response for flowering in winter wheat.Plant Physiology (IF=6.902).

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