空间分辨率蛋白组学为口腔鳞状细胞癌的正常状态、异型增生与肿瘤演变过程提供了重要见解

《BMC Oral Health》：Spatially resolved proteomics provides insights into the normal-dysplasia-tumor continuum in oral squamous cell carcinoma

　　

摘要

背景

口腔上皮异型增生是口腔鳞状细胞癌的已知前体病变，但从正常上皮到异型增生，再到口腔鳞状细胞癌的演变过程中所发生的蛋白质组变化至今仍未完全明确。这一研究空白部分是由于口腔鳞状细胞癌在患者间的高度异质性、研究时往往依赖不同患者之间的比较，以及未能将异型增生视为关键的中间阶段。

方法

本研究采用基于组织学特征的、具有空间分辨率的蛋白质组学分析方法，对6名原发性口腔鳞状细胞癌患者的福尔马林固定石蜡包埋组织块进行了分析。对于每例患者，从同一病变组织块中选取空间上连续的正常组织、异型增生组织和肿瘤组织，共得到18个区域性的蛋白质组数据。蛋白质的分析是通过数据独立采集液相色谱-串联质谱技术完成的。后续分析包括差异表达分析、基因本体论和京都基因与基因组百科全书功能富集分析、软聚类轨迹分析、蛋白质-蛋白质相互作用分析、临床病理特征探索性分层分析以及免疫组化验证。

结果

通过空间匹配的正常-异型增生-肿瘤组织数据集，分别在正常组织中检测到1,683种蛋白质，在异型增生组织中检测到2,100种，在肿瘤组织中检测到1,966种。在预设的差异表达阈值下，正常组织与异型增生组织之间的差异表达蛋白数量多于异型增生组织与肿瘤组织之间的差异表达蛋白数量，这表明在异型增生阶段可能已经存在可通过该阈值检测到的蛋白质组变化。从功能上看，正常组织向异型增生组织的转变与细胞周期激活、增殖信号传导、缺氧相关反应以及代谢改变有关，而异型增生组织向肿瘤组织的转变则更多与细胞骨架结构、细胞运动功能以及结构重塑相关。在整个正常组织到肿瘤组织的转变过程中，糖酵解、丙酮酸代谢以及更广泛的代谢重编程起着主导作用。轨迹分析发现了早期预警、疾病进展以及仅出现在异型增生阶段的短暂蛋白模块，表明口腔鳞状细胞癌发展过程中蛋白质组的变化具有非线性特征。MYO1B蛋白在从正常组织到异型增生组织再到肿瘤组织的过程中其表达水平呈空间上升趋势，而HSP90AB1蛋白则因蛋白质组分析、蛋白质-蛋白质相互作用网络分析以及外部转录组分析的结果而被认为是与肿瘤侵袭相关的关键蛋白。

结论

通过对保存的福尔马林固定石蜡包埋组织进行具有空间分辨率的蛋白质组学分析，可以在一个小样本、空间匹配的群体中构建出以组织形态为依据的口腔恶性转化过程蛋白质组变化序列。研究结果表明，口腔鳞状细胞癌的进展涉及早期启动的、持续存在的以及短暂的、与异型增生相关的蛋白质表达程序。这些发现为进一步在更大规模的口腔癌研究群体中验证相关蛋白及生物学假说提供了依据。