2024-06-25 19:12:56 北京青莲百奥生物科技有限公司
细胞外囊泡(Extracellular Vesicles, EVs)作为液体活检的新星,引起了人们的兴趣,用以补充癌症筛查的不准确性和组织活检的侵入性。前列腺癌(PCa)是男性最常见的癌症之一,而传统的前列腺特异性抗原(PSA)检测存在准确性和侵入性问题。为了克服这些限制,科学家们一直在寻找新的生物标志物。
近日,宁波大学附属第一医院泌尿外科蒋军辉教授团队&澳大利亚新南威尔士大学李勇教授团队,在《Advanced Science》上发表了一项题目为 “Proteomic Identification of Small Extracellular Vesicle Proteins LAMB1 and Histone H4 for Prostate Cancer Diagnosis and Risk Stratification”的突破性研究,通过无标记质谱技术对来自不同前列腺癌细胞系的小细胞外囊泡(sEVs)样本进行蛋白质组学分析,以鉴定潜在的sEVs蛋白生物标志物,并通过PRM靶向蛋白质组学、WB和ELISA对来自不同前列腺癌阶段的人血浆和尿液样本进行验证。该研究揭示了sEVs蛋白LAMB1和Histone H4作为PCa诊断和风险分层的潜在生物标志物。
研究策略
图1:研究设计示意图
结果速递
一、LC-MS/MS鉴定PCa细胞系sEV蛋白潜在标志物
利用非标记定量蛋白质组学技术,对PCa细胞系(PC3、DU145、LNCaP和22Rv1)和正常前列腺上皮细胞系(RWPE-1)的sEVs,进行了深入研究,共鉴定到1570种蛋白,其中878种蛋白被定量,表现出在不同前列腺癌细胞系和正常前列腺上皮细胞中的表达差异。GO富集分析显示,所有sEV样本中,“细胞外外泌体”和“细胞外囊泡”成分丰富,这强调了sEVs及其在PCa中的重要作用。在所有五种细胞系sEVs中,发现了219种共有蛋白,133种sEV蛋白质仅在PCa细胞系中表达,5种sEV蛋白质仅在转移性PCa细胞系中表达。在超过50%的PCa样本中筛选出20种潜在sEV蛋白(在转移性PCa细胞系sEVs中高表达,而在局部原发性PCa细胞系或正常前列腺上皮细胞系sEVs中表达缺失或极低)进行进一步验证。
图2:PCa细胞系sEV蛋白的分析
二、PRM和WB技术验证不同阶段PCa患者中潜在sEV蛋白
为了验证PCa细胞系中潜在的sEV生物标志物,并评估其作为PCa患者诊断或风险分层标志物的潜力,对来自不同疾病风险和分期的临床样本(健康对照组n=12,低风险PCa患者n=12,高风险PCa患者n=12,转移性mPCa患者n=12)进行了PRM靶向质谱分析。研究发现,血浆中的sEV LAMB1表达在高风险组和转移性PCa组之间存在显著差异,而尿液样本中的sEV Histone H4表达在高风险组与低风险组、对照组和转移性组之间也存在显著差异。提示LAMB1和Histone H4可能是候选生物标志物。此外,sEV中包含大量非PCa细胞特异性蛋白质,这可能与生物样本的来源有关。
通过WB进一步验证了sEV蛋白LAMB1和Histone H4在PCa细胞系中的表达与蛋白质组学结果一致,但正常RWPE-1细胞与PCa细胞系中sEV蛋白表达存在显著差异,这可能与不同细胞类型通过自分泌或主动分泌sEVs来调控邻近或远距离细胞的机制不同有关。此外,对人血浆和尿液样本的WB分析进一步证实了这些发现,但仅部分验证了LCMS/MS结果。但sEV蛋白在血浆和尿液中的表达水平不同,表明临床样本中sEV蛋白表达具有变异性。这些发现与PRM结果一致,为sEV蛋白LAMB1和Histone H4作为诊断标志物的进一步研究提供了依据。
图3:用PRM和WB验证PCa样品中选定的sEV蛋白
三、Elisa验证血液和尿液中sEV蛋白LAMB1和Histone H4
sEV蛋白在PCa诊断和分层中的潜在临床应用。通过ELISA方法,在血浆和尿液样本中分析了sEV蛋白LAMB1和Histone H4的表达水平,并与现有的血清PSA检测进行了比较。结果显示,LAMB1在mPCa患者中的表达显著升高,其诊断准确性高于血清PSA。同时,Histone H4能够区分低风险和高风险PCa患者,其诊断价值也高于血清PSA。此外,将LAMB1和Histone H4与血清PSA结合使用,可进一步提高诊断价值。这些结果提示,sEV蛋白LAMB1和Histone H4在PCa诊断和分层中具有潜在的临床价值,并可能成为改进现有诊断方法的候选生物标志物。
图4:PCa患者血浆和尿液中sEV蛋白LAMB1和Histone H4的临床验证
四、LAMB1和组蛋白H4蛋白在人前列腺癌组织中的表达及临床相关性
通过免疫组织化学(IHC)染色法分析了人组织样本,以进一步探讨sEV蛋白在PCa中的临床相关性。研究发现,与正常前列腺组织相比,PCa组织中LAMB1和Histone H4蛋白的表达均增加。进一步分析显示,sEV LAMB1在血液中和Histone H4在尿液中的表达可能与PCa细胞分泌有关。此外,对手术期间获取的PCa组织样本进行分析发现,LAMB1蛋白在转移组中的表达模式与其他组别存在显著差异,且与血浆中sEV LAMB1的表达一致。然而,Histone H4在尿液sEV中的表达模式与PCa组织中的表达不一致,可能受其他因素影响。最后,通过cBioPortal数据集的分析,发现高表达的LAMB1和Histone H4与PCa患者的不良预后和低生存率相关,提示这两种sEV蛋白在PCa的诊断、预后和治疗中具有潜在价值。
图5:LAMB1和Histone H4在临床PCa组织中的临床关联
研究结论
该研究通过外泌体(sEVs)蛋白质组学分析,发现了两种具有高特异性和敏感性的蛋白标志物:LAMB1和组蛋白H4,为前列腺癌的诊断和风险分层提供了新的生物标志物。
参考文献
[1] Pang B, Wang Q, Chen H, et al. Proteomic Identification of Small Extracellular Vesicle Proteins LAMB1 and Histone H4 for Prostate Cancer Diagnosis and Risk Stratification[J]. Advanced Science 2024 Apr 8: e2402509.
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