發性肝癌是一種高度異質性腫瘤。其組織學病理分型可分為肝細胞肝癌、肝內膽管細胞癌和混合型肝癌三種類型。在亞洲，乙型肝炎病毒（HBV）或丙型肝炎病毒（HCV）感染在肝細胞癌的發生發展中起主要作用。在西方，酒精性肝病和非酒精性脂肪性肝炎是更普遍的驅動因素。盡管阿替利珠單抗聯合貝伐單抗一線治療晚期肝癌取得了成功，然而，治療有效率僅為約30%，且幾乎不可避免地會出現疾病進展。肝癌異質性的分子特征、用于指導個性化治療的預測生物標志物仍待進一步研究確定。
2022年10月29日，日本理化學研究所橫濱綜合醫學科學中心Hidewaki Nakagawa教授團隊在Nature Communications上發表了一篇名為Proteo-genomic characterization of virus-associated liver cancers reveals potential subtypes and therapeutic targets的文章，對259例原發性肝癌（主要為HCV和HBV陽性）從蛋白質組學層面檢測~300個蛋白，發現基于蛋白質基因組特征，可指導肝癌精準分型和靶向治療。
蛋白質是行使細胞功能的主要單位。RNA和同源蛋白質之間是弱相關、動態調節的（如磷酸化），RNA表達并不能直接預測蛋白質表達。因此，臨床腫瘤組織的蛋白質組學分析有望解釋原發性肝癌的分子異質性。
研究者收集了259例HBV/HCV陽性原發性肝癌樣本，進行如下檢測：
-蛋白芯片檢測300種蛋白質組信息。
-全基因組測序進行基因變異分析。
-RNA-Seq進行轉錄組分析。
基于蛋白質表達特征的共聚類分析，患者被分為R1、R2和R3三個亞型，并篩選出了22種預后相關蛋白標志物。
-R1亞型淋巴相關生物標志物高表達，存在免疫細胞浸潤，預后較好。該亞型更可能從PD1/PD-L1抑制劑治療中獲益。HBV陽性患者居多。
-R2亞型存在TP53突變的晚期增殖性腫瘤，VEGF2高表達，侵襲性最強，預后最差。甲胎蛋白（AFP）水平較高，HCV陽性患者居多。提示可能從抗VEGFR2抗體雷莫蘆單抗治療中獲益。
-R3亞型存在CTNNB1突變、mTOR信號通路激活。可能從mTOR抑制劑依維莫司治療中獲益。
基于蛋白質組的精確患者分層有助于指導肝癌精準治療。
肝癌的蛋白質組學亞型
為了深入了解肝癌的異質性，研究者基于蛋白質豐度對259例腫瘤樣本進行聚類，53例為R1亞型、100例為R2亞型 ，106例為R3亞型，各亞型與其臨床特征存在多種關聯。
▲原發性肝癌蛋白質組亞型
-R1亞型中上調的蛋白包括ANXA1，WWTR1，ACTB，SYK和PKM。
-R2亞型富含PAICS、Ras、RHEB、PARK7、ERRFI1和JAK2。
-R3亞型的特征是PGR、ULK1-pSer757、DUSP4、AKT1-pSer473和WEE1蛋白表達升高。
這些蛋白質生物標志物可用免疫組化法檢測進行蛋白亞型分類。
蛋白質組學亞型的基因組和轉錄組特征
結合全基因組數據發現，TP53和CTNNB1突變分別在R2和R3蛋白質組亞型中出現頻率較高（FDR< 0.05）。
▲各蛋白質組亞型的基因組和轉錄組學特征
蛋白質組學亞型分類對肝癌治療的指導意義
抗PD-L1抑制劑阿替利珠單抗聯合抗血管內皮生長因子（VEGF）貝伐珠單抗，用于治療不可切除肝細胞癌的效果優于索拉非尼。然而，治療的反應率和反應持續時間仍然有限。因此，精準預測潛在獲益患者，并探究背后的機制至關重要。
R1亞型屬于免疫“熱”腫瘤。相反，R2和R3亞型免疫基因低表達，這類“冷”腫瘤可能對免疫檢查點抑制劑治療沒有效果。
mTOR抑制劑對R3蛋白亞型肝癌細胞系有治療效果
研究者發現mTOR抑制劑西羅莫司/替西羅莫司可強烈抑制SNU398細胞系生長，而有趣的是，SNU398細胞系存在CTNNB1突變，這恰恰是R3蛋白亞型特征。
相反，存在TP53突變的JHH527細胞系，屬于R2蛋白亞型，mTOR信號通路活性低，對替西羅莫司治療具有抗性。
預后蛋白標志物
由于免疫組化用于常規病理分析，因此基于蛋白質的預后生物標志物更具有臨床實用性。研究者發現：
-13種蛋白與總生存期較短有關。
-9種蛋白與總生存期較長有關。
與總生存期不良相關的蛋白以CDK1，SRC，PARP1， PCNA和CCNB1為主。
CDKN2A蛋白高表達與較好的總生存期相關，與其作為腫瘤抑制因子的功能一致。
研究者還發現CTNNB1突變和LRP1B突變與HCV感染顯著相關。
▲肝細胞癌預后相關蛋白
盡管轉錄組測序可用于肝細胞癌分析，而檢測技術尚未用于臨床常規檢測。相比之下，手術標本免疫組化常用于病理分析，因此基于蛋白質組的分型更符合臨床工作流程。研究者鑒定得到的各亞型中特征表達的蛋白質組生物標志物，可用于指導腫瘤精準分型。
總之，研究者基于蛋白質組和基因組水平的海量數據集，探索了原發性肝癌分子異質性，并提出蛋白質組水平的亞型分類，其可用于指導晚期肝癌患者精準治療，尤其是前期相關研究較少的HBV/HCV感染肝癌患者。
參考資料
Fujita, M., Chen, MJ.M., Siwak, D.R. et al. Proteo-genomic characterization of virus-associated liver cancers reveals potential subtypes and therapeutic targets. Nat Commun 13, 6481 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-34249-x.