值得关注！转录组、蛋白质组、代谢组及新型分子标志物丨肿瘤蓝皮书连载第三篇

 引言 

蛋白质组和基因组、代谢组构成了组学的基本的框架，也是肿瘤分子检测标志物的重要组成部分。本次蓝皮书连载第三篇主要介绍转录组、蛋白质组和代谢组，以及具有代表性的新型分子标志物。

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蓝皮书连载内容介绍

本蓝皮书通过以下内容呈现宏观框架、中观产业发展、微观技术创新及转化应用：

• 行业背景和概况；

• 肿瘤基因及分子标志物简介；

• 肿瘤基因及分子检测技术简介；

• 分子检测应用临床肿瘤诊疗的场景；

• 肿瘤基因及分子检测行业简析；

• 未满足需求及发展趋势。

转录组与肿瘤研究

1.1 转录组的定义、功能和意义

广义的转录组包括从 DNA 序列转录得到的转录本及其相关产物，主要包括编码 RNA（mRNA）和非编码 RNA（miRNA，siRNA，piRNA，rRNA，tRNA 等）。

研究转录组可以了解基因在不同细胞、组织及不同时刻的活跃状态（开启、关闭等状态）及机制，从而对基因进行干预。通过转录组，可以确定许多生物过程和包括癌症在内的疾病分子基础，为肿瘤的病因、发病机制等提供重要简介。例如，siRNA 等非编码 RNA 正被用于特异性纠正靶向目标基因的表达，用于肿瘤等疾病的治疗。

1.2 基因融合及肿瘤

基因融合的定义功能意义等

由于染色体重排（易位、缺失、倒位等）等原因，两个基因的全部或一部分序列相互融合成为一个全新的基因，这种现象称为基因融合。已发现的融合基因普遍存在于人类的主要肿瘤中，作为肿瘤诊断和预后的潜在标志物，也作为癌症药物的靶点。基因融合会使与肿瘤相关的基因失调（异常表达等），或产生具有生物活性（例如激酶活性）的嵌合体蛋白。

基因融合可以通过 RNA 测序分析基因组断点周围的转录情况而检测，包括早期的 EST 方法 和最新的 RNA-seq 方法，例如增强子 - 启动子交换（EVI1，MECOM），扩增子融合（ERBB2，HER2）或截断融合等，导致抑癌基因的功能丧失（CDKN2A）或致癌基因的激活（PAX5）。

FDA 批准用于四种癌症九种疗法伴随诊断的 FoundationOne Liquid CDx（FLCDx）检测范围包括 NTRK 融合；PGDx Elio 大 Panel 涉及 ALK、RET 和 NTRK1/2 的融合；MSK-IMPACT 囊括EML4-ALK 融合。

1.3 基因表达谱及肿瘤

肿瘤和癌细胞系的表达谱 SAGE、微阵列以及测序等技术是早期应用之一。基于基因表达谱分析，将基因表达水平定量细分到单个外显子或转录本亚型（剪接等），目前在科研项目中应用比较成熟，但在临床应用仍需要很长时间的探索。

随着跨正常组织、肿瘤组织和细胞系等大型基因表达注释项目开展及数据库公开， 研究者开始了解全局的基因表达，但由于组合遗传的复杂性以及肿瘤新靶点的出现，仍给分析带来巨大挑战，其解决关键是生物信息学和计算生物学的发展。在分析策略上，研究者建议（PMID: 29279605）基于 poly（A）+ 选择的 RNA-seq 方案（ protocols）；另外基于脱氧尿苷三磷酸 （dUTP） 的链特异性 RNA-seq 可促进临床应用；在测序深度上，转录分析只需要约 1500 万个 reads，可变剪接或等位基因特异性表达需要更高的读取深度（1 亿个 reads）。

1.4 以miRNA为代表的非编码RNA

microRNA（简称 miRNA）是一类单链、非编码小 RNA 分子，包含约 22 个核苷酸，且其前提具有标志性的发卡结构。miRNA 通过与 mRNA 分子内的互补序列碱基配对，发挥调控表达的作用（例如使 RNA 沉默）。与正常细胞相比，肿瘤细胞 miRNA 通常表现为拷贝数变化（扩增 / 缺失）、异常转录机制及表观遗传变化等，使得癌细胞进化出维持增殖信号、逃避生长抑制因子、抵抗细胞死亡、激活侵袭和转移并诱导血管生成的能力全基因组分析表明 miRNA 表达特征与肿瘤类型、肿瘤分级和临床结果相关，因此 miRNA 是肿瘤诊断、预后的潜在标志物及治疗的候选靶点。

除了 miRNA、siRNA，还有 tRNA、snRNAs、circRNAs、lncRNA 等非编码RNA 在癌症发生发展中也扮演着重要角色，成为潜在候选位点以及治疗靶点。

蛋白质组及代谢组

生物体内的分子检测范围包括核酸、蛋白质、糖类、脂类、酶类等，以抗原、酶、激素形式存在于血液、细胞和组织体液中。其他传统的分子检测依赖基于酶催化反应的生物化学分析（即生化检测），而蛋白质检测主要基于质谱分析和免疫分析（免疫检测）。

2.1 传统蛋白质类肿瘤标志物检测

传统的蛋白质类肿瘤标志物主要针对实体瘤中血清蛋白检测，例如甲胎球蛋白（AFP）、前列腺特异抗原（PSA）、癌胚抗原（CEA）、糖类抗原（CA199）。其中，AFP（对应原发性肝癌）、PSA（前列腺癌）、CA199（胰腺癌，胆管细胞癌）的特异性较高，CEA 属于广谱肿瘤标志物，特异性较低。这一类标志物在临床应用较早，有适应的临床应用场景，优点是部分标志物对特定癌种的特异性高，但相对 ctDNA 而言灵敏度不高。

2.2 肿瘤蛋白质组

蛋白质是基因表达的产物，也是药物直接作用的靶点。蛋白质组的通量理解是蛋白质的大规模数字化分析。整合基因组和蛋白质组的数据及研究成果，可以大大促进癌症发病机制、 诊断标志物及治疗靶点的研究及转化。质谱技术推动了蛋白组学的发展，提供蛋白质鉴定、化学修饰和结构等信息。

2.3 肿瘤代谢组检测

代谢组的研究对象为内源性代谢物质（中间或代谢终产物），主要是相对分子质量 1000Da 以内的小分子物质，如氨基酸、有机酸、核苷酸、碳水化合物、维生素、脂质等，代谢组对上述物质进行定量分析以及功能分析，从系统生物学角度分析代谢物与生理病理的联系。代谢组学还在初级研究阶段，目前代谢组的检测需要质谱等技术以及专家决策系统。

与肿瘤相关的主要分析维度包括：

● 脂质组学：统计分析筛选差异脂质分子（LC-MS/MS 技术）；

● 靶向代谢组学：以标准品为参照，通过标准曲线计算特定代谢物浓度，基于三重四极杆质谱仪、多反应监测模式等；

● 多组学关联分析：代谢组与 16S、宏基因组等关联分析，挖掘微生物、代谢物和表型的关系等。

随着代谢组学定量方法的准确性提高、工具迭代和多技术联用， 相关研究正朝着转化应用方向发展。代谢组与其他组学数据的整合，使得人们获得肿瘤基因组、转录组、蛋白组以及代谢组水平的全景深度信息，将更便于理解疾病发生发展的机制和加速转化。

新型分子标志物

通过结合当下的肿瘤研究热点和临床应用价值，可将几个组合型分子标志物概括如下：

产业创新案例 

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 连载预告 

▲ 文章预告：“2021肿瘤蓝皮书”连载系列第四篇《肿瘤基因及分子检测技术简介（上篇）》

▲ 发布平台：基因慧公众号

▲ 发布时间：10月1日（本周五）

本篇介绍了肿瘤基因及分子标志物中的转录组、蛋白质组及新型分子标志物，

第四篇将介绍液体活检等部分肿瘤基因及分子检测技术。