从发现到诊断：翻译后修饰蛋白质组学的转化应用

第 1 部分和第 2 部分介绍了基于质谱法的蛋白质组方法（例如 PTMScan^® 技术），这些方法用于对翻译后修饰 (PTM) 进行研究。在这一系列的最后一部分，你可以看到如何在转化研究中使用 PTMScan。

个体化医疗和蛋白质组学的力量

我们生活在一个可能会实现个体化医疗的时代。也就是说，癌症等疾病的治疗可以针对每个人进行个性化定制，而不是采用过去可能对有些患者无效的通用治疗策略进行治疗。个体化医疗可以提高疗效，同时有望减少副作用，从而大幅改善患者的生活质量。由于最近在基因组和蛋白质组学技术方面的进展，这在很大程度上使这种靶向方法成为可能。PTMScan 等蛋白质组学方法有助于深入理解在基因层面不可行的疾病生物学。例如，你可以分析磷酸化、甲基化和乙酰化等 PTM 引起的蛋白激活或抑制。

现在，让我们来看一个从实验台到临床的例子，以了解这些方法有多么强大…… 

案例研究：识别非小细胞肺癌中的疾病驱动因素

一些肿瘤依靠 EGFR、c-Met 和其他等酪氨酸激酶的活性来生长和存活。这些蛋白被称为疾病诱导因子。为了检测新的致病因子，CST 对非小细胞肺癌 (NSCLC) 细胞中的酪氨酸激酶活性进行了全面研究 (1)。这么做，是希望知道这些癌细胞依赖哪些活性蛋白，以便通过抑制这些蛋白阻止癌细胞生长。

CST 的科学家采用磷酸化酪氨酸 PTM 抗体来进行 PTMScan，以对 41 种 NSCLC 细胞系和 150 例 NSCLC 肿瘤细胞中的磷酸化肽进行免疫亲和富集。随后使用 LC-MS/MS 分析富集的肽群落。这项分析让 CST 的科学家可以检测 2700 多种蛋白中 4551 个酪氨酸残基的磷酸化，其中包括多种酪氨酸激酶和酪氨酸激酶底物，从而极大加强我们对 NSCLC 中酪氨酸磷酸化蛋白质组学的了解。检测出的蛋白按其磷酸化程度进行排序。在细胞系和肿瘤细胞中发现的高磷酸化水平的前 10 种候选蛋白中，酪氨酸激酶 Met、间变性淋巴瘤激酶 (ALK)、ROS、PDGFRa、DDR1 和 EGFR 值得进一步研究。

对这些细胞和肿瘤细胞中的 ALK 进行的进一步研究显示，一种微管相关蛋白，即棘皮动物微管结合蛋白样 4 (EML4) 的氨基末端与包含激酶结构域的 ALK 的羧基末端相融合。这种融合蛋白高度致癌，而且结果证明 3-7% 的 NSCLC 患者的肿瘤细胞表达这种融合蛋白 (1-4)。因此，对于这些患者而言，EML4-ALK 融合可能推动了他们疾病的癌变进展。实际上，表达融合蛋白的癌细胞对小分子 ALK 抑制剂克唑替尼十分敏感，2011 年，FDA 批准克唑替尼可用于治疗 ALK 阳性 NSCLC。

这项研究发表后，CST 开发出一种高特异性和高度敏感的抗体 ALK (D5F3^®) XP^® Rabbit mAb #3633，它可检测全长 ALK 和 ALK-EML4 融合蛋白。目前，检测患者体内 ALK 重排的金标准是荧光原位杂交，但这种方法非常昂贵，需要专门培训并且耗费大量人力，因此无法轻易推广。最近，FDA 批准了免疫组织化学法 (IHC) 配套诊断测试，这项测试采用 CST 授权的 ALK D5F3 克隆 (6)。这将帮助医生轻松确定哪些 NSCLC 患者可以采用 crizotinib 进行有效治疗。

现已采用一种类似方法来研究卵巢癌等其它类型癌症细胞中的酪氨酸磷酸化，同时，在这些细胞中检测到其他异常激活的 ALK 融合蛋白，而且还发现其对克唑替尼较为敏感 (7)。

为何翻译后修饰蛋白质组学对疾病研究如此重要

你可以从“简化蛋白质组学”第 1、第 2 和第 3 部分中看出，质谱法前的免疫亲和富集是一种检测和定量复杂生物样品中 PTM 肽的理想方法，甚至是在丰度最低的情况下。这能够让 PTMScan 等方法成为极其强大的工具，以快速检测疾病生物标记物、检测和验证药物靶标、阐明脱靶效应、探讨药物作用机制，以及最终提升我们诊治疾病的能力。

下载《简化蛋白质组学手册》以了解：

• PTMScan 中所用到的抗体
• PTMScan Discovery 与 PTMScan Direct，哪种方法更适合您的研究
• PTMScan 产品和服务

Cell Signaling Technology 提供的产品和服务仅供研究使用，
不可用于诊断或治疗流程。

选择以下参考文献

1. Rikova K, Guo A, Zeng Q, Possemato A, Yu J, Haack H, Nardone J, Lee K, Reeves C, Li Y, Hu Y, Tan Z, Stokes M, Sullivan L, Mitchell J, Wetzel R, Macneill J, Ren JM, Yuan J, Bakalarski CE, Villen J, Kornhauser JM, Smith B, Li D, Zhou X, Gygi SP, Gu TL, Polakiewicz RD, Rush J, Comb MJ (2007) Global survey of phosphotyrosine signaling identifies oncogenic kinases in lung cancer. Cell 131(6), 1190–203.
2. Soda M, Choi YL, Enomoto M, Takada S, Yamashita Y, Ishikawa S, Fujiwara S, Watanabe H, Kurashina K, Hatanaka H, Bando M, Ohno S, Ishikawa Y, Aburatani H, Niki T, Sohara Y, Sugiyama Y, Mano H (2007) Identification of the transforming EML4-ALK fusion gene in non-small-cell lung cancer. Nature 448(7153), 561–6.
3. Koivunen JP, Mermel C, Zejnullahu K, Murphy C, Lifshits E, Holmes AJ, Choi HG, Kim J, Chiang D, Thomas R, Lee J, Richards WG, Sugarbaker DJ, Ducko C, Lindeman N, Marcoux JP, Engelman JA, Gray NS, Lee C, Meyerson M, Jänne PA (2008) EML4-ALK fusion gene and efficacy of an ALK kinase inhibitor in lung cancer. Clin. Cancer Res. 14(13), 4275–83.
4. Shaw AT, Yeap BY, Mino-Kenudson M, Digumarthy SR, Costa DB, Heist RS, Solomon B, Stubbs H, Admane S, McDermott U, Settleman J, Kobayashi S, Mark EJ, Rodig SJ, Chirieac LR, Kwak EL, Lynch TJ, Iafrate AJ (2009) Clinical features and outcome of patients with non-small-cell lung cancer who harbor EML4-ALK. J. Clin. Oncol. 27(26), 4247–53.
5. Press Release: Ventana ALK IHC Test Gets FDA Approval as CDx for Pfizer's Xalkori
6. Ren H, Tan ZP, Zhu X, Crosby K, Haack H, Ren JM, Beausoleil S, Moritz A, Innocenti G, Rush J, Zhang Y, Zhou XM, Gu TL, Yang YF, Comb MJ (2012) Identification of anaplastic lymphoma kinase as a potential therapeutic target in ovarian cancer. Cancer Res. 72(13), 3312–23.