尿液及其胞外囊泡蛋白组学发现前列腺癌诊断的潜在标志物
尿液作为常见的临床检测样本，不仅反映泌尿生殖系统组织的状态，也反映了机体整体生理状态。尿液中既含有分泌蛋白，也含有包裹在组织来源细胞外囊泡(EVs)中的多种蛋白，有作为疾病诊断生物标志物的作用潜能。近期，一篇“Prostate Cancer Reshapes the Secreted and Extracellular Vesicle Urinary Proteomes”的研究文章，通过对190名男性(包括前列腺癌患者)的尿液样本进行分泌蛋白和EVs蛋白质组学图谱分析，确定了尿EVs的组织和亚细胞起源。研究人员发现尿液EVs蛋白，而不是分泌蛋白在一定程度上可以反映组织蛋白质组的特征，前列腺肿瘤特异性尿蛋白不仅可以准确区分前列腺恶性和良性病变，还能对已经患有前列腺癌的男性进行风险分层。
研究结果
1、直肠指检丰富了尿液中前列腺源性蛋白
直肠指检(DRE)作为一种临床常规的微创物理操作，可能会丰富尿液中的前列腺源性蛋白。为了验证这一猜测，研究人员收集了10名男性DRE前后的尿液，分离出可溶蛋白（uSP）和尿细胞外囊泡(uEVs)，进一步结合差速离心对uEVs进行亚型区分：uEV-p20（20,000 x g转速）和uEV- p150（150,000 x g转速)，后续NTA、TEM等结果证实DRE不会影响EVs的生物物理特性。研究人员从三个组织蛋白质组学数据集中筛选出前列腺组织源性蛋白，并通过蛋白质组分析证实DRE增加了前列腺源性蛋白的丰度。
图1 直肠指检丰富前列腺源性蛋白
2、尿蛋白的亚细胞起源
为了研究尿蛋白的异质性，收集了190名男性的DRE后尿液(64名非癌症诊断男性和126名未经治疗的前列腺癌患者)，对uSP、uEV-P20和uEV-P150进行蛋白质组分析。生信分析结果显示uSP通常由高尔基体分泌或衍生，uEV-P20蛋白主要来自线粒体或内质网，uEV-P150蛋白主要来自质膜。
图2 尿蛋白的亚细胞起源
3、uEVs 更能反映前列腺组织的分子特征
接下来，研究人员分析了uSP、uEV-P20和uEV-P150三种尿液组分中的前列腺源性蛋白丰度，结果提示uEVs比uSP富含更多的前列腺源性蛋白，uEV-P20是前列腺组织的最佳反映。通过正常组织(GTEx)和肿瘤附近正常组织(NAT, TCGA)测序数据确定前列腺、肾脏或膀胱中富集的转录本，将差异丰富的转录本作为组织来源标签量化组织对样本的贡献，发现uEVs中前列腺源性蛋白明显多于非前列腺源性蛋白。最后，研究者从前列腺癌细胞系中分离cEVs并进行蛋白质组学分析，结果显示cEVs不能准确反映组织特征。总的来说，DRE后uEVs比uSP和cEVs更能准确反映前列腺组织特征。
图3 uEVs反映前列腺组织蛋白质组特征
4、尿蛋白质组的生物标志物评估
为了量化DRE后尿液的稳定性，评估了5名前列腺癌患者数年的纵向样本，使用ICC分析鉴定了纵向稳定的可能作为生物标志物的蛋白质(ICC > 0.4)，包含806个uSP蛋白，1,322个uEV-P20蛋白和674个uEV-P150蛋白。首先，使用机器学习创建了分类器，仅通过尿蛋白即可区分癌症和非癌症，且效果显著优于血清PSA。接下来，进行低级别和高级别癌症区分研究，发现尿液差异蛋白可以区分低级别和高级别前列腺癌，效果或超过血清PSA。
图4 尿蛋白质组的生物标志物评估
总结与讨论
总的来说，在这项探索性研究中，研究人员绘制了全面的尿蛋白质组学图谱，提出了一种使用尿液样本分析前列腺源性蛋白的简单方法。不仅确定了尿蛋白和尿EVs的亚细胞起源，还发现尿液EVs，而不是那些从前列腺癌细胞系释放的EVs或分泌性的尿蛋白，能更加准确地反映前列腺组织特征。一些前列腺肿瘤特异性尿蛋白可以准确区分患有前列腺癌和未患前列腺癌的男性，并对已经患有前列腺癌的男性进行风险分层。
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相关文献
Khoo A, Govindarajan M, et al. Prostate Cancer Reshapes the Secreted and Extracellular Vesicle Urinary Proteomes. bioRxiv. 2023.
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