蛋白质组学的临床实验与应用

临床蛋白质组学的研究是一个广阔的全新领域，它有许多潜在的应用性，包括生物标记物的鉴定识别和疾病的监测方面，尤其是在肿瘤学方面，其前景非常好。表达蛋白质组学通过特殊的基因来评价分析细胞蛋白质译成密码的产生过程。表达蛋白质组学探究健康和疾病状态蛋白质有差别的表达及翻译后修饰。这些生物标记物可能应用于疾病的早期诊断、预后和治疗反应的预测。功能蛋白质组学寻找新的分子疗法来解开疾病生物学中蛋白质-蛋白质的相互作用和相关生物化学途径及要达到的目标。先进的光谱法以及新的蛋白质排列模式已经完善了这些分析，而且被运用于临床实验中。不断发展的蛋白质组学技术能够引导一个个性化分子医学时代，使疾病在早期发展阶段被诊断出来，由于患者的恶性蛋白质表达被剪除从而使治疗更为有效。

在以前关于疾病的分子学基础的研究探索中，基因组成为人们最初探索研究的焦点。基因中编码的信息被转录进mRNA，然后进一步加工、处理、修饰连接，从而用很少的原材料就可以产生众多与原来基因材料相同的蛋白质。蛋白质组包括所有来源于个体完整基因遗传密码的蛋白质。蛋白质组学在基因组中编码了什么和蛋白质中翻译了什么之间架起了联系的桥梁。和核酸相比，蛋白质更能代表细胞的功能产量。蛋白质因此反映了细胞的真实情况，而且不同的蛋白质表达可以帮助在疾病状态中界定健康状态^[1]。

对一个已给定细胞的全部或有选择性的蛋白质表达的蛋白质组特点进行研究能够描述蛋白质组中的一系列信息^[2]。据估计，人类蛋白质组由超过50万个蛋白质组成，而这些蛋白质起源于人类基因组中的35 000个基因^[3-4]。与单独研究基因相比，蛋白质组更具复杂性和潜在的特异性。对蛋白质组进行的相关研究一般可以分为两类：①阐述蛋白质表达；②阐述蛋白质功能。

表达蛋白质组通过细胞中的活动基因和存在于靶器官中的基因来评价细胞的蛋白质产量。它揭露了健康状态和疾病状态两者间有差别的蛋白质表达。表达蛋白质组相关技术的应用使得能够通过包括组织、血清、尿和腹水在内的多种途径来研究蛋白质的表达。研究蛋白质组的最常用的技术包括2DE、质谱以及其他形式的光谱测定法与MALDI、SELDI的联合应用和其他技术平台。

表达蛋白质组学已经被用于发现和确认疾病的生物标记物。生物标记物可以分为三个主类：诊断生物标记物、预后生物标记物、预测生物标记物。诊断生物标记物可以帮助传统的医学逻辑方法诊断疾病，尤其是倘若肿瘤已发生了转移而且肿瘤的最初来源又不能确定时。虽然有效的诊断标记物可以有助于癌症的早期发现从而减少介入诊断过程的需要，但是已有的真正的诊断生物标记物却是很少。β-人绒毛膜促性腺激素作为一个诊断是否怀孕的生物标记物早已被应用于实践；另外比如用于鉴别前列腺癌的前列腺特异抗原(PSA)或者鉴别卵巢癌的CA-125的灵敏度和特异度较低一些。预后的标记物，如激素受体，血管病标记物和增殖繁殖标记物可以提供关于疾病的可能临床起因或者恶化情况的信息，也可以指导治疗计划方案的制定^[5-6]。最终预测标记物能够预言疾病的起因和最佳治疗方案。例如，乳腺癌的表达雌激素受体，最好用抗雌激素如他莫西芬或者芳香酶抑制剂^[7-8]。

功能蛋白质组评价蛋白质之间交互作用的活化状态，而且能够被用来绘制某细胞内众多的信息表示途经网的形态图。阐明蛋白质-蛋白质的相互作用是非常有用的。新发现的相互作用可以帮助寻找癌症中新的蛋白质和新的致癌基因，或者为共同的下游事件由两个不同的信息网共享来提供证据。更多的关于众多路径交叉的信息能够帮助针对这些路径进行直接干预治疗的发展^[9]。功能蛋白质组利用MALDI/SELEI技术以及与新的蛋白质组织微观陈列的连合应用。

基因组学领域关注的是对每个蛋白质核甘酸密码的描绘，但是每个蛋白质的基因密码并不是对蛋白质功能的完全预言。在它们所处的微环境中，当细胞受复杂的通信传递系统的影响时，多种体内因子就能够改变活动水平或蛋白质功能。蛋白质-蛋白质相互作用、翻译后修饰以及蛋白质和DNA或者RNA之间的交互作用都可能改变蛋白质的活性，而这些通过它的转录水平能够被预测。功能蛋白质组学在细胞的微环境中研究蛋白质的相互作用，从而决定了一个蛋白质如何完成它特异的细胞工作。对功能蛋白质组学的展望是：以疾病支撑蛋白结构为基础，通过对超离常规或高表达蛋白质的研究，能够达到治疗癌症的目的。另外，蛋白质分子靶向疗法的反应可以用来帮助监测靶向疗法的功效和寻找利用相同蛋白质途径进行治疗的其他潜在的可行方法。

靶向分子的发现-尽管很多靶向药物的靶点是蛋白质，在被设想用靶向药物作用的超过3000个蛋白质中只有500个白质已经运用了靶向治疗方法^[10]。对蛋白质组学的研究可以识别新的靶子，也可以帮助对已知药物的深入研究，许多小分子体外实验已经宣布对特定的蛋白质靶子有着特异性。这些小分子将十分错综复杂并可以影响体外多种蛋白质，这点已经非常明显。Imatinib是一个经典的药物例子。它最先预想的靶点是病理性慢性骨髓性白血病(CML)熔和蛋白BCR-ABL，但是进一步实验却发现它的靶点还有酪氨酸激酶系列中的Ⅲ型受体-酪氨酸激酶C-KIT血小板起源生长因子受体。它能够靶向抑制C-KIT和C-KTT突变异种的能力，对胃肠道间质瘤中有很好的疗效。SDS-PAGE和MS可以用来隔离与药物有相互作用的不同蛋白质。通过用已知药物在蛋白质排列中作为“诱饵”(诱导剂)，然后找到新的潜在治疗靶点。例如：MAPK抑制剂的蛋白质组学分析，SB203580，蛋白质激酶C抑制剂GF109203X，在分子水平揭示了包括RICK和细胞周期蛋白依赖激酶2在内的众多的潜在靶向代理分子^[11-12]。细胞同样可以作为药物，前处理蛋白质组的肿瘤生长对比曲线可以用作对蛋白质靶点的证明和确认。这种技术也可以运用于阐明肿瘤细胞的耐药机制。

通过集中对比研究分析，上调蛋白质的蛋白质组和发现的已知小调蛋白质的抑制剂的正常组织，就能够发现治疗的靶点。例如：Hu等^[13]用SELDI-TOF-MS发现热休克蛋白70在卵巢癌细胞排列中是十分有规律的，可以用热休克蛋白70抑制剂发育障碍细胞株。在大鼠体内外的实验已经完成了毒性方面的研究，包括急性淋巴母细菌白血病、急性骨髓白血病、结肠癌、肝癌和乳腺癌^[14-15]。

靶向疗法的监测反应：蛋白质组学有引起监测和专注患者的抗癌治疗反应的潜在作用。继发疾病的传统疗法是关注于一系列假设的研究。这些研究很容易出现错误，因为放射线学者在专业知识和影象学技术方面有太多的不同。同时，由于患者的病情各不一样导致治疗措施的不同，尤其是肿瘤大小发生改变的情况下就更为突出了。瘤标记物依照标准的技术来测量，例如CA-125，癌胚抗原，CA-199，已经作为患者疾病检测的一部分，但是它却充满了未可预知的敏感度和特异度。在治疗癌症方面，分子靶向疗法的快速运用也许将会改变临床关于有效治疗的观点，因为这些作用物相比细胞毒素来说，它们是抑制细胞生长的。因此，如果是这样笔者可能不会看到疾病相同程度的减弱。病程长而病情稳定的癌症患者，如果用分子靶向药物治疗，他们的病情就能够得到控制，这种概念可以用蛋白质组的方法来加以解释。后处理的血清或瘤的蛋白质组分析能够证实靶向目标和途径抑制作用，从而改善治疗措施。

美国国家健康检验所NCI的内部实验项目中，PRA技术现已在进行卵巢癌的Ⅱ期临床试验。而瘤样本的生物化学反应立即优先运用分子靶向疗法进行治疗,病情不断发展的卵巢癌患者与此同时，也应该用imatinib和Gefitinib等抑制剂进行治疗。瘤的活组织检查样品运用EGFR，磷酸化EGFR和下游信号分子AKT/磷酸化AKT和 ERK/磷酸化-ERK进行分析。蛋白质组学的结果证明Gefitinib在抑制初想靶点上是有效的，而且也获得了初想的下游信息。另一个用相同做的试验是检测imatinib针对卵巢癌旧病复发的治疗作用。瘤体活组织检查的RPAs 前处理和后处理揭示了靶向抑制剂和与疾病反应相比的毒性反应更有关联性。磷酸化-KIT和EGFR的后处理水平和血小板起源生长因子受体与疲劳紧密相关。

蛋白质组学可以在分子影像学新领域中作为X线照射技术的补充。肿瘤密度和显微镜下的异像可以和特殊的蛋白质组剖面图联系起来，通过非侵入性的X线照射技术手段来确定它们的生物学结构。Hobbs等根据MRI、X光线照射表现有不同活组织检查区域描绘了多发性成胶质细胞瘤。他们发现在MRI下，每类肿瘤的变种都和一个特别的蛋白质组剖面图对应。蛋白质组学的剖面图谱和典型的影像图谱联合一起运用，可以减少某些肿瘤侵入性活组织检查的需要，而且可以成为供患者治疗手段的一种选择。

个体针对治疗-通过对所有类型的恶性肿瘤和非恶性肿瘤疾病的人口统计与分析，得出一个结论“世界上没有两个相同的癌症患者”。通过诊断患者类似的恶化状况，疾病位置和促成因素，能够对特定的疾病做出不同的反应。蛋白质组学提供的关于特定肿瘤的描述和每一个患者蛋白质靶点的不同而使分子疗法个性化。恶性克隆基因组的差异可能与抗癌治疗方法的不同有一定的联系。有一个关于基因组信息测验的随机试验已经被证实和完善。例如：第21个基因的排列方式已经被按预期设想的运用到对乳腺癌的分类实验中。然而，通常一个细胞的基因密码不能反映变态蛋白质的DNA转录；致癌细胞个体的功能紊乱发生在DAN翻译和或者翻译后修饰过程中，导致细胞功能中变态蛋白质功能的过程包括：分裂、增殖、凋亡、侵入、转移和存活。蛋白质激酶和磷酸酯是控制细胞周期和细胞内分子信号网络的关键，在癌症的发生，发展以及治疗中，它们的功能紊乱扮演了非常重要的角色。

Irish等用急性骨髓性白血病细胞化学疗法前后的相关分析来证明了这个原理。对患者的样品进行了分析发现了重要的信号转导途径，包括STAT和MAPK在样本中有着不同的磷酸化作用，可以分为4种不同的磷蛋白剖面图，而且都有着特殊的诊断指征和化学治疗反应。每一个都有类似的变态细胞生长，包括Flt3突变，这就显示了蛋白质组学如何与基因组学联合应用获得更多的肿瘤生物学图片。

个别肿瘤的大量丰富的蛋白质剖面图可以指导联合分子疗法的决择，在细胞信号传导途径过于活跃或低迷的特殊患者中，在较低的治疗剂量的靶向干预手段就可以有效地控制其活性。笔者利用贝伐单抗——一种单克隆内皮生长因子(VEGF)抗体，联合sorafenib一类RAF抑制剂，通过Ⅰ相研究方法来论证这种假设的可靠性。RAF激酶是VEGF的下游受动器，与加强两个因子的抗VEGF作用相比，笔者选择进行连续地靶向干预VEGF路径。最初，在VEGF路径信号加强的肿瘤中，如：卵巢癌中，两个因子的联合运用，显示出非常好的活性，同时，协同毒性也比单因子治疗剂量的毒性低。治疗前的瘤蛋白质组学分析将调查论证包括RAF激酶在内的VEGF途径是否在患者身上取得较好的治疗效果和是否提供了正确恰当的针对治疗方法。

蛋白质组学的临床实用性是一个仍有待挖掘其潜在作用的新兴领域，它通过用血清或体液蛋白质，找到可诊断的生物标记物或者通过分析一个特殊疾病中的特定蛋白质的变态反应而找到新的治疗方法，它就提供或预示着这种希望。临床蛋白质组学一方面可以预测疾病愈后还需要多少积极地治疗，也可以缩短或减少没有必要的治疗；另一方面，也可以帮助患者决定是否有必要做高风险治疗的需要。另外，临床医生可以利用患者的特异蛋白质组剖面图来合理选择分子疗法，可以蛋白质组学分析来监测疾病的变化。然而，仍然有许多困难需要克服，许多难关需要攻克，比如：笔者一直努力尝试把蛋白质组学研究运用到笔者诊断和治疗范例中。蛋白质组学技术需要进一步发展，精化处理庞大的人类蛋白质组，同时，为了让结果可信和可以重复使用，应该建立统一的实验标准。当这些难关被攻克了，蛋白质组学就能够引导具有最大治疗作用和最小毒性的药物进行个体治疗。

参考文献

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