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2023年6月27日，首都医科大学附属北京地坛医院王雅杰教授团队联合国家蛋白质科学中心-北京（凤凰中心）于晓波研究员团队和南京大学许丹科教授团队在蛋白质组学一区杂志Molecular & cellular proteomics上发表了“In-depth serum proteomics reveals the trajectory of hallmarks of cancer in hepatitis B virus-related liver diseases”的研究论文。 
肝细胞癌是全球最常见的癌症之一，在中国85%的肝细胞癌病例是由乙型肝炎病毒感染引起的。慢性乙型肝炎和乙型肝炎病毒相关的肝硬化是肝细胞癌的主要危险因素，然而，驱动人体从正常发展为肝炎再到肝硬化最后进展为肝细胞癌的分子机制尚不清楚。在本研究中，基于团队原创的蛋白质学抗体芯片联合DIA-MS技术建立了面向肝病研究的深度血清蛋白质组学平台，系统分析了代表肝病进展的乙型肝炎、肝硬化和肝细胞癌及健康对照血清样本的蛋白质组，共检测到762种蛋白质，建立了迄今为止最大的肝病血清蛋白质组数据库（图1），用于研究肝病进展过程中蛋白质组动态变化规律、标志物和药物靶点发现。
图1 深度血清蛋白质组学平台检测血清蛋白的浓度分布由于肿瘤的发生发展是细胞从正常到失调再到癌变的连续变化过程，而“癌症标志（Hallmarks of cancer）”被认为是人类细胞在从正常状态到肿瘤生长状态的过程中获得的一系列功能特征（图2）。
研究中基于深度血清蛋白质组分析描绘了首个肝脏疾病在血清中的癌变轨迹，结果提示肝脏疾病从健康对照、肝炎、肝硬化到肝癌进展过程中，越来越多的癌症标志性信号通路发生了变化，包括炎症、代谢失调、凝血异常、血管生成和侵袭转移等（图3）。
图3 肝病进展过程中的血液功能系统Hallmarks of cancer变化全景图为了解血清蛋白质组与肝脏疾病进展之间的关系，通过层次聚类分析根据肝病的进展（健康对照-肝炎-肝硬化-肝癌表达）分为三个聚类（图4A-B）。发现血液中代谢上调主要发生在肝硬化到肝癌进展的过程中（图4D），而炎症信号通路在从肝炎发展到肝癌过程中一直处于上调过程，表明炎症很可能是驱动肝炎-肝硬化-肝癌发展的一个关键因素。
为了更好地了解血清蛋白质组学在寻找肝病治疗靶点方面的潜力，研究中将上调蛋白与治疗靶点数据库（TTD，http://idrblab.net/ttd/）中的药物靶点进行交叉比对，确定了91个潜在药物靶标（图5）。
图5 深度血清蛋白质组学鉴定肝脏疾病潜在的治疗靶点 这些蛋白参与多种不同的癌症信号通路，包括IL17、TNF、NF-kappa B、PI3K-Akt、TGF- β、MAPK、Rap1和HIF-1信号通路（图6D），其中，IL17信号通路包含的五种血清蛋白（HSP90B1、S100A9、MMP1、MMP9、CSF3）目前正在实体瘤的III期临床试验中，可能是治疗肝病的潜在药物靶点（图6E）。
通过机器学习，进一步在发现队列和验证队列中鉴定出用于检测CHB和LC高危人群中HCC患者的生物标志物组合（图7A）。与单独使用传统生物标志物甲胎蛋白（AFP）相比，标志物组合显著提高了高危人群中肝癌检测的灵敏度和特异性，在发现队列和验证队列中，肝炎和肝癌的AUC分别为0.953和0.891，肝硬化和肝癌的AUC分别为0.966和0.818（图7B-C）。
图7 基于机器学习开发鉴别肝脏疾病的血清蛋白标志物组合
该项目基于原创的深度蛋白质组学技术，率先在国际上描绘了肝病进展过程中的癌症生物学过程和分子变化规律，鉴定出可供肝癌诊断和治疗的重要的靶点，对肝癌的早诊早治具有重要的意义。 南京大学博士研究生许萌（国家蛋白质科学中心联合培养）、国家蛋白质科学中心博士研究生徐开琨和常乘博士，首都医科大学附属北京地坛医院殷商启博士为该文章的共同第一作者。首都医科大学附属北京地坛医院王雅杰教授、国家蛋白质科学中心于晓波研究员和南京大学许丹科教授为该文章的共同通讯作者。[1] Xu, M., Xu, K., Yin, S., Chang, C. et al. In-depth serum proteomics reveals the trajectory of hallmarks of cancer in hepatitis B virus-related liver diseases. Mol Cell Proteomics 2023, 22(7): 100574.[2] Douglas Hanahan; Hallmarks of Cancer: New Dimensions. Cancer Discov 2022; 12 (1): 31–46.
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