Nat Commun | 复旦大学丁琛/陈治宇通过血浆蛋白质谱揭示结直肠癌诊断和西妥昔单抗治疗反应的生物标志物多样性

结直肠癌（CRC）是全球第三大常见癌症。对于结直肠癌患者，筛查已被证明可以降低平均风险女性和平均风险男性的癌症死亡率。然而，疾病进展缓慢且无症状，使得早期诊断具有挑战性，这严重降低了及时发现和干预疾病的机会。因此，当务之急是探索潜在的生物标志物，以区分CRC患者和健康对照者，从而提高无创准确的诊断策略。

大约一半的结直肠癌患者死于转移性疾病。目前不可切除结直肠癌患者的一线治疗标准是化疗联合单克隆抗体（mAb）。经过20多年的转化和临床研究，EGFR家族及其细胞内信号通路仍然是CRC靶向分子治疗的关键。表皮生长因子受体(EGFR, HER1)是一种具有酪氨酸激酶酶活性的细胞膜生长因子受体家族中的生长因子受体。

西妥昔单抗是一种针对EGFR的嵌合单克隆抗体，通过阻断配体结合区、阻断配体诱导的EGFR酪氨酸激酶激活和随后导致癌细胞增殖的信号转导事件，以高亲和力特异性结合 EGFR。一项随机试验（CO.17）显示，在对晚期化疗无反应的CRC患者中，西妥昔单抗比单独使用最佳支持治疗改善了总生存期和无进展生存期，并更好地保留了生活质量。虽然约85%的CRC患者表达EGFR，但西妥昔单抗耐药的情况常见，在第一次评估时，超过50%的接受治疗患者已发生疾病进展。因此，有必要找到西妥昔单抗首次治疗反应的潜在预测性生物标志物。KRAS激活突变的存在被发现是CRC抗EGFR治疗的第一个预测性阴性生物标志物。已经研究了一系列可能有助于预测对EGFR抑制剂反应的潜在生物标志物。此外，获得性耐药性不可避免地出现，所有患者都发生疾病进展，这限制了药物的临床疗效。

获得性耐药性的出现使患者无法长期受益；然而，获得性耐药性的早期预警仍不清楚。因此，在CRC患者的每个治疗过程中进行动态抽样是必要的，并有助于很好地理解西妥昔单抗治疗期间与治疗反应相关的动态轨迹。基于质谱（MS）的血浆蛋白质组学已成功应用于疾病诊断和疾病中蛋白质变化轨迹的表征，表明它是在这种易于获取的血浆样品中发现生物标志物的最佳技术。

在该研究中，收集了来自116例接受西妥昔单抗连续多个疗程治疗的结直肠癌患者(CRC)和66名健康对照(HC)的540份血浆样本(血浆发现队列)，来自31例CRC和24例HC的101份血浆样本(血浆验证队列)，以及来自31例治疗初期CRC的31份肿瘤组织样本和27份配对的癌旁组织(NAT)。研究对血浆蛋白质组进行了无偏倚的全面分析，以寻找CRC诊断和西妥昔单抗治疗反应的生物标志物。首先对接受过治疗的CRC患者和健康对照者的蛋白质组谱进行了比较蛋白质组学分析。结果显示，治疗前的CRC患者具有细胞外基质组织（ECM）的特征。研究鉴定出主要参与ECM通路的COL12A1、THBS2、S100A8和S100A9蛋白，可作为有效的生物标志物，在独立的组织和血浆验证队列中得到了进一步验证。此外，研究者还在更广泛的CRC患者人群中验证了这4种蛋白的预测效果，但不限于RAS野生型CRC患者或转移性CRC患者。

该研究还探索了4种蛋白能很好地区别CRCs和HCs，但不能区分其他癌症和非恶性疾病的患者，表明这4种蛋白对CRC诊断具有相对特异性。然后，研究对治疗前结直肠癌患者的蛋白质组谱进行了共识聚类分析，确定了3种具有不同生物过程特征的蛋白质组亚型，并与不同的治疗反应相关。RRAS2、MMP8、FBLN1、RPTOR和IMPDH2等通路关键调控因子可作为西妥昔单抗首次治疗反应预测的生物标志物，用于区分敏感患者和非敏感患者，并在独立的组织和血浆验证队列中进行了验证。

CRC队列和健康对照的血浆蛋白质组学分析总结（Credit: Nature Communications）

此外，研究分析了一个纵向队列，以确定与西妥昔单抗治疗反应相关的具有动态变化的蛋白质。最后，采用logistic回归策略构建由IDH3G、MDN1、KLC4、MYL9、SBF1和HTRA3组成的预测模型，对多疗程西妥昔单抗治疗的反应预测精度较高。该预测模型的稳健性在独立血浆队列中得到了进一步验证。该研究提供了西妥昔单抗治疗过程中患者血浆蛋白的动态变化，并确定了用于肿瘤诊断、初始疗效预测和纵向疗效预测的潜在生物标志物，揭示了这些不同生物标志物在结直肠癌临床管理中的异质性。