【Cell】重磅：大规模蛋白质组学揭示多种癌症细胞外囊泡标志物，助力癌症液体活检 / 开普饭

近日，康奈尔大学Weill Cornell Medicine科学家/外泌体与肿瘤领域大牛David Lyden和纪念斯隆-凯特琳癌症中心William R. Jarnagin教授等团队合作在Cell杂志上发表文章，该研究对来自426个人源样品的细胞外囊泡和颗粒（EVP）的全面蛋白质组学分析，确定了泛EVP标志性蛋白，用于EVP分离的生物标记；和特异性EVP标志性蛋白，用于癌症检测和确定癌症类型。

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组织活检常用来诊断癌症、监测治疗反应。液体活检的侵入性小，可以连续多次取样，并且可以在更早期的阶段检测到癌症。外泌体在各类体液中含量丰富，可能作为液体活检的重要方式之一，提供丰富的检测标志物。

外泌体是胞内体来源的纳米囊泡，直径30-150 nm，富含核酸、脂质和蛋白质，可在正常的生理和病理学中介导细胞间的通讯。以前的研究报道了肿瘤来源的外泌体蛋白在肿瘤进展、免疫调节和转移中的预后和功能重要性。此外，该团队还阐明过细胞外纳米颗粒的异质性，定义了三个不同的亚群，即小外泌体（Exo-S）、大外泌体（Exo-L）和外泌颗粒（exomeres），统称为细胞外囊泡和颗粒（EVP）（相关报道：Nat Cell Biol | 康奈尔大学科学家David Lyden揭示外泌体的不同亚群并发现一种新的更小的外泌颗粒）。

外泌体/细胞外囊泡以大于10⁹囊泡/mL的浓度活跃地释放在周围循环中，为下游分析提供了充足的材料。基于质谱的蛋白质组分析已成为一种策略，可深入了解循环外泌体/细胞外囊泡的生物学和临床潜力，从而助力EVP用于早期癌症检测、预后和指导治疗。

尽管目前已经有几种外泌体/细胞外囊泡蛋白质数据库（例如Vesiclepedia、EVpedia、ExoCarta）公开可用，但关于外泌体/细胞外囊泡蛋白质组的知识仍然很大程度上未知，包括：

（1）用于可靠分离人外泌体/细胞外囊泡的标记物，不管是什么组织来源的；

（2）外泌体/细胞外囊泡上能区分癌症与非癌症的标志物；

（3）特定原发肿瘤（例如，肺、胰腺、乳腺等）特有的标志物。

为了解决这一知识差距，该研究试图定义外泌体/细胞外囊泡蛋白特征，以区分癌症患者与健康个体。

为了鉴定通用的外泌体/细胞外囊泡标记，并改善人外泌体/细胞外囊泡的分离方法，该研究通过蛋白质组分析对497个样品进行了分析。在传统的外泌体标记中，HSPA8、HSP90AB1、ALIX是从细胞、组织和大多数生物流体中分离出来人EVP中最突出的标志性蛋白。该研究确定了>50％的人源样品共享的13种其他蛋白质，从而极大地扩展了人类EVP标志性蛋白的范围。

从7个不同来源的497个样品中获得的EVP的蛋白质组学表征

各种癌症患者血浆中与肿瘤相关的EVP标志性蛋白的鉴定

通过对比分析胰腺癌和肺癌患者可行手术标本中配对的肿瘤和邻近组织的EVP蛋白质组，研究确定了癌症特异性EVP蛋白特征。此外，通过比较匹配的组织外植体（TE）和血浆衍生的EVP，发现了癌症患者血浆中独特的肿瘤相关EVP蛋白，并确定EVP血浆蛋白来源于肿瘤微环境、远处器官和免疫系统。接下来，分析了几种儿童和成人癌症的I-IV期癌症的组织和血浆EVP蛋白质组，并将它们与非肿瘤组织和健康对照（HC）血浆进行了比较。EVP蛋白质组的随机森林分类显示，癌症检测的特异性和敏感性分别为90％和94％（组织），95％和90％（血浆）。重要的是，血浆衍生的EVP组分可以区分患者的癌症类型。这些数据表明，肿瘤相关的EVP蛋白可以作为早期癌症检测的生物标志物，并对不确定的原发肿瘤类型进行分类。

肿瘤衍生的EVP标志性蛋白对原发性肿瘤进行分类

图解摘要

总之，该报道探究了来自组织外植体（TEs）、血浆和其它体液的426个人类样品中细胞外囊泡和颗粒（EVP）的蛋白质组学特征。在传统的外泌体标志性蛋白中，CD9、HSPA8、ALIX和HSP90AB1代表pan-EVP标记，而ACTB、MSN和RAP1B是新颖的pan-EVP标记。为了确认EVP是理想的诊断工具，该研究分析了TE-（n=151）和血浆来源（n=120）EVP的蛋白质组。TE EVP的比较鉴定出以90％的敏感性/94％的特异性将肿瘤与正常组织区分开的蛋白质（例如VCAN、TNC和THBS2）。血浆来源的EVP组分（包括免疫球蛋白）的机器学习分类显示，在检测癌症时灵敏度为95％/特异性为90％。最后，在TEs和血浆中定义了一组肿瘤类型特异性EVP蛋白，可以对未知原发性肿瘤进行分类。因此，EVP蛋白可以用作癌症检测和确定癌症类型的可靠生物标记。

要点：