蛋白质组范围孟德尔随机化与共定位分析揭示肺癌多表型及并发症的潜在药物靶点

《Hormones & Cancer》：Proteome-wide Mendelian randomization and colocalization analysis uncovers druggable targets for lung cancer across multiple phenotypes and complications

本研究针对肺癌治疗靶点匮乏的临床难题，采用蛋白质组范围的孟德尔随机化（MR）和共定位分析技术，系统评估了2090种血浆蛋白对肺癌亚型及其并发症的因果效应。研究发现GGT1、GFRA2、AGER等7个蛋白与肺癌亚型显著相关，15个蛋白与并发症存在因果关联，其中8个蛋白获得共定位分析强力支持。该研究为肺癌精准治疗提供了新的靶点线索，为揭示肺癌病因学及开发新型治疗策略提供了重要依据。

　　

肺癌至今仍是全球癌症相关死亡的主要原因，尽管免疫治疗和靶向治疗的出现使非小细胞肺癌（NSCLC）的3年相对生存率从2004年的26%提升至2017年的40%，小细胞肺癌（SCLC）的生存率也从9%提高到13%，但每日仍有约340人死于肺癌，这一数字在所有癌症中位居首位。尤其值得关注的是，伴有并发症（如慢性支气管炎、特发性肺纤维化[IPF]、胸腔积液和深静脉血栓[DVT]）的肺癌患者生存率和生活质量更为低下。

肺癌的发生发展是一个多步骤过程，涉及环境与遗传因素的复杂交互。关键机制包括原癌基因（如HER、RAS、Myc、ALK、Sox、MDM2）的激活，抑癌基因（如p53、Rb、p16、nm23、PTEN）的失活，以及生长信号、血管生成、细胞凋亡和免疫逃逸的失调。虽然靶向治疗和免疫检查点抑制剂改善了一部分NSCLC患者的预后，但仍有大量驱动基因阴性、程序性细胞死亡蛋白1/程序性死亡配体1（PD-1/PD-L1）低表达的患者未能从现有疗法中获益。SCLC作为一种高度侵袭性的癌症，三十年来一线治疗仍以含铂依托泊苷方案为主，其治疗突破迫在眉睫。

循环蛋白质组反映了来自不同组织的生物学过程，可能为疾病机制和治疗机会提供见解。然而，观察性研究发现的蛋白质关联容易受到反向因果关系和混杂因素的影响。孟德尔随机化（MR）利用遗传变异作为工具变量来推断因果关系，为识别潜在药物靶点提供了稳健框架。近年来，肺癌多组学/表型组学框架的发展凸显了整合基因组学、转录组学和蛋白质组学在细化亚型生物学和加速靶点及生物标志物发现方面的潜力。

尽管全基因组关联研究（GWAS）已鉴定出与蛋白质相关的遗传变异（即蛋白质数量性状基因座[pQTLs]），且已有研究利用pQTLs探索SCLC和其他癌症的药物靶点，但尚未有研究在全蛋白质组范围内系统探究肺癌各表型的潜在药物靶点。为此，研究人员开展了一项大规模分析，旨在通过蛋白质组范围的MR和共定位分析，揭示肺癌不同表型及并发症的因果蛋白靶点。

本研究主要采用了以下几种关键技术方法：基于大规模血浆蛋白质组数据（英国生物银行[UK Biobank]54,306名参与者和冰岛deCODE公司35,559名参与者）进行蛋白质组范围的孟德尔随机化分析，以cis-pQTLs作为工具变量评估血浆蛋白与肺癌表型（数据来自FinnGen R10研究，包括NSCLC、肺腺癌[LUAD]、肺鳞状细胞癌[SqCLC]和SCLC）及并发症的因果关联；采用贝叶斯加权MR（BWMR）等多种方法进行敏感性分析以验证结果稳健性；通过共定位分析进一步确认共享因果遗传变异的证据；并利用表型组范围的MR（Phe-MR）分析评估靶蛋白潜在的其他疾病效应。

MR分析揭示血浆蛋白与肺癌的因果关联

研究人员首先对deCODE数据库的4907种蛋白质和UKB-PPP数据库的2940种蛋白质进行了MR分析，分别获得了971和1119种蛋白质的cis遗传工具变量。经过错误发现率（FDR）校正后，共鉴定出23种与肺癌表型或并发症显著相关的血浆蛋白。

其中8种蛋白质与肺癌亚型相关：高水平GGT1增加NSCLC风险（OR 1.27，95% CI 1.10-1.46；P_FDR=0.0261）；GFRA2增加SCLC风险（OR 1.65，95% CI 1.24-2.21；P_FDR=0.0462）；而高级糖基化终末产物特异性受体（AGER）水平升高可降低肺鳞状细胞癌风险（OR 0.338，95% CI 0.209-0.548；P_FDR=0.0138）。此外，FUCA1与肺腺癌风险增加相关（OR 1.90，95% CI 1.40-2.57），ANGPTL1和ISLR2与NSCLC风险降低相关，IL1RAP与SCLC风险降低相关。

另外15种蛋白质与肺癌并发症存在因果关联。凝血因子II（F2）是深静脉血栓（DVT）和特发性肺纤维化（IPF）的共同风险因素；BR丝氨酸/苏氨酸激酶2（BRSK2）是IPF和恶性胸腔积液的共同风险因素；高水平蛋白S（PROS1）与肺气肿或慢性支气管炎以及DVT风险降低相关。其中，凝血因子XI（F11）和ABO血型系统转移酶与DVT的关联最为显著。

共定位分析确认高置信度靶点

由于deCODE数据库的cis-pQTL数据缺乏验证的工具变量，研究人员对UKB-PPP数据的血浆蛋白与肺癌各表型及并发症进行了共定位分析。结果显示，7种蛋白质具有高度共定位支持（后验概率PPH4>0.75）：GFRA2和AGER分别在SCLC和SqCLC中显示强共定位证据；FKBP1B和VSIG10L在支气管炎和肺气肿或慢性支气管炎中显示强定位支持；F11、ABO和F2与静脉血栓栓塞（VTE）存在强共定位关联，其中F11的共定位支持度最高（PPH4=1.0）。GGT1在NSCLC中也显示出中等强度的共定位支持（PPH4=0.714）。

关键靶点的生物学机制与治疗潜力

GGT1在谷胱甘肽（GSH）代谢中起关键作用，对癌细胞的氧化还原稳态至关重要。研究表明，GGT1过表达可通过激活核因子κB（NF-κB）通路增强NSCLC细胞存活。GGT1介导的L-γ-谷氨酰对硝基苯胺（GPNA）水解产生细胞毒性代谢物对硝基苯胺（PNA），可诱导癌细胞凋亡，且在KRAS突变型肺癌中细胞毒性显著增强，提示其作为亚型特异性靶点的潜力。

GFRA2是胶质细胞源性神经营养因子（GDNF）家族受体α成员，与配体神经调节蛋白（NRTN）结合后激活下游RET或神经细胞粘附分子（NCAM）信号通路。其在SCLC中的强因果关联可能源于SCLC的神经内分泌起源。GFRA2可能通过与过表达的RET形成复合物，激活磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/AKT）通路促进肿瘤生存和侵袭，并与SCLC化疗耐药相关。

AGER在正常肺组织中高表达，在肺腺癌和肺鳞状细胞癌中显著降低，高水平AGER与NSCLC患者较长总生存期相关。作为情境依赖性肿瘤抑制因子，AGER通过激活p53-p21^CIP1通路抑制细胞周期蛋白依赖性激酶2（CDK2）激酶活性，阻断视网膜母细胞瘤蛋白（RB）磷酸化，导致G1期细胞周期停滞。同时，AGER通过细胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2）-Snail/Slug/Twist通路促进上皮间质转化（EMT）和转移。AGER还通过长链非编码RNA AGER（lncAGER）/微小RNA-185（miR-185）调控轴上调自身表达，抑制肺癌细胞增殖迁移并促进凋亡和自噬。

表型组范围MR揭示靶点多效性

为评估肺癌相关蛋白对其他疾病的影响，研究人员对FinnGen R5版本的2803种疾病进行了表型组范围MR筛查。结果显示，遗传决定的血浆AGER水平每SD升高不仅降低SqCLC风险，还可能降低泪器及眶区疾病、荨麻疹和红斑、湿性年龄相关性黄斑变性以及视网膜静脉阻塞的风险，但可能增加中枢神经系统其他脱髓鞘疾病和慢性虹膜睫状体炎的风险。高水平GGT1除增加NSCLC风险外，还与横结肠良性肿瘤、骶尾区疾患风险增加相关。

研究结论与意义

本研究通过蛋白质组范围的孟德尔随机化和共定位分析，系统鉴定了与肺癌不同表型及并发症因果相关的血浆蛋白靶点。研究发现GGT1、GFRA2、AGER等8个蛋白与肺癌亚型显著相关，F11、ABO、F2等15个蛋白与并发症存在因果关联，其中8个蛋白获得共定位分析强力支持。这些靶点涉及谷胱甘肽代谢、神经营养因子信号、糖基化终末产物受体、凝血系统等多个关键生物学通路。

研究结果表明，ABO血型可能是肺癌和VTE的独立风险因素；IL1RAP表达水平和病理机制在不同肺癌病理类型间可能存在显著差异；GFRA2为SCLC治疗带来了新希望；AGER抑制剂和GGT1在NSCLC治疗药物研发中具有潜在价值。尽管部分蛋白的作用机制已有研究，但其作为药物靶点的可行性仍需进一步评估。

该研究为肺癌精准治疗提供了新的靶点线索，强调了因果通路和潜在治疗靶点，为揭示肺癌病因学、预防、治疗和管理提供了新的见解。随着更全面蛋白质组学平台的出现，未来有望发现更多精确的药物靶点，为肺癌治疗带来新的突破。