今天介绍的研究刊登在Nature communication（IF 14.2）上，研究旨在通过纵向血浆蛋白质组学分析，探索结直肠癌（CRC）的诊断生物标志物以及预测西妥昔单抗（cetuximab）治疗反应的生物标志物。研究团队对147名CRC患者和90名健康对照的641个血浆样本进行了深入分析。研究结果揭示了在肿瘤诊断、初始治疗反应和多疗程治疗反应预测中，不同生物标志物呈现出多种不同的作用。研究团队成功筛选出了COL12A1、THBS2、S100A8和S100A9作为区分CRC患者和HCs的潜在生物标志物，并构建了一个高精度的模型来预测多疗程西妥昔单抗治疗的纵向反应。

https://www.nature.com/articles/s41467-024-44911-1

1 背景

结直肠癌（CRC）是全球第三大常见癌症，也是癌症死亡 1 的第二大常见原因。西妥昔单抗作为治疗CRC的主要药物之一，它是一种针对表皮生长因子受体（EGFR）的单克隆抗体，能够提高患者的生存率和生活质量。然而，由于耐药性的普遍存在，许多患者在治疗初期或随后的治疗过程中会出现疾病进展。

血浆蛋白组学作为一种非侵入性检测方法,有潜力发现和验证新的生物标志物，这些标志物可以用于CRC的诊断和预测西妥昔单抗治疗的反应，除此之外，血浆蛋白组学在揭示肿瘤生物学和治疗反应方面的重要性。

2方法部分详述

研究团队从2015年4月至2021年2月，收集了116名接受抗EGFR治疗的CRC患者和66名健康对照的血浆样本。此外，还包括了31名CRC患者和24名健康对照的验证队列，以及95名癌症患者和20名健康对照的多癌种独立队列。纵向队列涵盖了治疗期间多达 9 个采样时间点。使用质谱（MS）技术对血浆和组织样本进行蛋白质组学分析。使用Firmiana蛋白质组学工作站进行数据处理，包括蛋白质鉴定、定量和质量控制。采用Wilcoxon秩和检验来分析蛋白质表达差异。

：CRC队列和健康对照的血浆蛋白质组学分析总结。

在生物标志物筛选过程中，根据严格的筛选标准，包括在至少50%的样本中表达、在肿瘤样本中显著增加以及在CRC样本中至少2倍增加，筛选出潜在的生物标志物。之后的共识聚类分析对治疗前CRC患者的血浆样本进行共识聚类分析，以识别与治疗反应相关的蛋白质亚型。在预测模型构建过程中：通过逐步逻辑回归分析，构建了一个预测模型来区分稳定敏感组（SSG）和稳定非敏感组（SNSG）。对模型的评价使用Kaplan-Meier方法和log-rank测试进行生存分析。研究者还通过免疫组化染色，对肿瘤组织样本进行免疫组化染色，以评估CD8+ T细胞浸润。

3 发现

研究的主要发现包括：

1 生物标志物的筛选：13.2% 的蛋白质 （1138 个基因产物） 仅在治疗前的 CRC 和 健康对照中被鉴定出来;在这些蛋白中，CRC相关蛋白的比例较高，代表血浆蛋白质组主要能反映CRC的分子改变（C，D），其中COL12A1、THBS2、S100A8和S100A9被筛选为潜在的CRC诊断生物标志物。

：用于诊断CRC患者的血浆蛋白生物标志物。

研究发现单个标记物的 AUC 至少为 0.674（范围：0.674–0.843）;联合血浆标志物的AUC增加到0.910（95%CI：0.863-0.957），在区分CRC患者和健康对照者方面表现出更好的性能。为了进一步验证四种蛋白质对区分 CRC 患者和健康对照的预测效果，研究者在一个由 31 名 CRC 患者和 24 名健康对照组成的独立血浆验证队列中发现四种蛋白质能很好地区分了 CRC 患者与健康对照组，AUC 为 0.952，表明该模型在独立队列中显示出高准确性。

通过多癌种（包括其他六种癌症类型）血浆独立队列验证，发现上述四种蛋白质对多种癌症的诊断具有普遍性。验证队列由总共115个血浆样本组成，其中包括95个来自各种癌症类型（包括结直肠癌（CRC，N = 20），肺癌（LC， N = 15）、恶性淋巴瘤 （ML， N = 10）、膀胱癌 （BLCA， N = 10）、乳腺癌 （BRCA， N = 15）、胃癌 （GC， N = 10）、食管癌 （EC， N = 15）） 和来自健康对照组的 20 份血浆样本 。蛋白质组学测量显示，与HCs相比，CRC患者中4种蛋白（COL12A1、THBS2、S100A8和S100A9）始终上调

2 治疗反应预测**：RRAS2、MMP8、FBLN1、RPTOR和IMPDH2与治疗反应显著相关，可以作为预测初始治疗反应的生物标志物。之后构建的预测多疗程西妥昔单抗治疗反应的模型。 血浆蛋白质组中蛋白质和通路的改变在组织样本中具有相对较好的反射。在血浆和组织蛋白质组学数据中，高水平的CD8 + Tem与西妥昔单抗敏感性相关。因此，血浆和组织蛋白质组谱的综合分析能确定具有潜在临床效用的稳健生物标志物。

：西妥昔单抗敏感性的潜在机制和生物标志物。

3 多疗程西妥昔单抗治疗CRC预测模型的构建与验证

本研究以血浆发现队列血浆取样为例，从初治取样开始，西妥昔单抗治疗期长达72周，其中在完成每个疗程（8周治疗）时采集每位患者的血浆，共计116例CRC患者的474份血浆样本，覆盖西妥昔单抗治疗期间的9个采样时间点（方法）。

为了确定在多个疗程中与西妥昔单抗治疗反应相关的蛋白质动态变化，研究者根据西妥昔单抗治疗反应轨迹，对治疗期间对西妥昔单抗治疗敏感（S）/非敏感（NS）的CRC患者分布进行统计学分析。研究发现，在西妥昔单抗治疗期间，NS的比例随着采样时间的增加而逐渐增加。然后，研究者探索了多个疗程中血浆蛋白水平的调控，结果产生了 139 个显著的正相关蛋白和 374 个负相关蛋（P < 0.05）。综上所述，疗程解析分析表明，在西妥昔单抗治疗过程中，很大一部分定量血浆蛋白发生了显着改变。研究者还注意到不同癌症亚型 治疗反应的异质性：观察到这些生物标志物在 SSG 和 SNSG 中的明显差异表达，以及西妥昔单抗治疗的七个疗程的动态变化。 这凸显了血浆生物标志物在西妥昔单抗治疗的连续多个疗程中用于有效监测的潜在应用，这可能有助于个性化治疗策略的制定。

4）总结

本研究为CRC的早期诊断和西妥昔单抗治疗反应的预测提供了新的生物标志物，有助于改善患者的治疗策略。通过识别与治疗反应相关的多疗程治疗纵向反应生物标志物，有助于实现CRC患者的个性化治疗。研究揭示不同生物标志物在结直肠癌诊断、初期反应预测和多疗程反应预测中的异质性。研究得出的预测模型在预测治疗期间采样时间的反应方面具有稳定的高准确性，表明了预测模型的稳健性和适用潜力。该研究的结果有望在临床上得到应用，为CRC患者提供更精准的诊断和治疗选择。

在方法学上，本研究为生物医学领域提供了一种新的研究方法，即通过纵向血浆蛋白质组学分析来探索疾病进程和治疗反应。研究强调了纵向研究设计对生物标志物发现的价值，这使我们能够探索疾病进展中的蛋白质组改变，并确定用于连续治疗中动态监测的生物标志物。 与CRC患者和对照组之间单一时间点的研究相比，这些研究提供了对潜在调节蛋白质的潜在见解，我们对西妥昔单抗治疗过程中的血浆蛋白质组的耐药进展提供了一组明确的潜在生物标志物，可用于治疗过程的早期干预。