单细胞外囊泡膜蛋白分析筛选癌症液体活检中的生物标志物

作者：复旦大学泰州健康科学研究院、复旦大学人类表型组研究院陈兴栋、复旦大学公共卫生学院索晨课题组

期刊：MolecularOncology（Q1，IF6.6）[1]

发表时间：2024年1月9日

研究背景

癌症是全球公共卫生的重大问题，是由细胞异常增长引起的复杂疾病，是全球第二大死因（2021年WHO数据），其早期检测和治疗至关重要。传统癌症筛查方法（如影像学检查、内镜检查和组织活检等）存在局限性，如侵入性、低敏感性和低特异性等。

液体活检作为一种无创、连续、高灵敏度的检测方法，在癌症筛查和监测中展现出巨大潜力。细胞外囊泡（EVs）作为一种新型液体活检标志物，具有稳定性高、分布广、含量丰富等优点，在癌症信号检测中具有巨大潜力。

实验设计

病例-对照研究，共纳入100 例高发性癌症患者（食管癌、胃癌、结直肠癌、肝癌、肺癌各20例）和100 例健康对照组

实验方法

采用基于测序的邻近编码分析技术（PBA）对血浆来源的EV表面蛋白进行定量分析。

数据分析

使用生物信息学工具进行差异表达蛋白(DEPs)和差异表达蛋白组合(DEPCs)的功能富集分析、蛋白互作分析

模型构建

使用逻辑回归模型构建泛癌和癌症类型特异性分类模型，并使用交叉验证评估模型性能

Work Model

研究结果

EV表面蛋白差异表达

•共鉴定出103个差异表达蛋白(DEPs)，其中36种上调，67 种下调•与Con组对比，泛癌（ES、ST、CR、LI和LU）中分别有34、28、24、53和42个DEPs，其中14个DEPs是共有的（包括TENM2、CD36、ITGA1、MUC1和DSC1）

功能富集&蛋白互作分析

•GO分析和 KEGG分析显示，DEPs富集于细胞粘附、连接和整合素结合等生物学过程，并参与细胞黏附分子通路、白细胞跨内皮迁移、造血细胞谱系和PI3K/Akt信号通路

•PPI分析显示，整合素亚基、粘蛋白家族蛋白和纤维连接蛋白1等蛋白在DEPs中起关键作用

DEPs & DEPCs作为癌症标志物的性能鉴定

EV亚群分析

•用 Seurat聚类包将EVs分为16个亚群，发现某些亚群与癌症发展相关•Cluster1、3 在癌症患者中比例较高，Cluster0在对照组中比例较高•Cluster9 仅存在于对照组中，其特征蛋白 NLGN1、PTPRJ 和 HAVCR2 在免疫细胞中高度表达•Cluster7、11 主要存在于结直肠癌患者中，其特征蛋白 LGR5、ADAM10、ILK 和 LAMP1 与肿瘤发生发展和癌症干细胞相关

分类模型构建及交叉验证

•基于 DEP和DEPC的分类模型在区分癌症患者和对照组方面表现出优异的性能(AUC> 0.900)•DEPC在癌症类型特异性识别方面优于DEP

研究结论

本研究结果表明，血浆 EV表面蛋白可以作为癌症液体活检的潜在生物标志物。DEPs和 DEPCs在区分癌症患者和健康对照者方面具有良好的分类性能，并可用于构建癌症类型特异性分类模型。此外，EV亚群分析有助于揭示 EVs在癌症发展中的异质性。这些发现为开发基于 EVs的非侵入性癌症检测和筛查方法提供了重要的理论基础。