基于拟时序分析的蛋白质组学图谱：为晚期前列腺癌锁定精准干预靶点

多组学绘制前列腺癌演进全景，揭示翻译后修饰驱动的耐药机制与精准干预新靶点。

尽管前列腺癌的基因组和转录组图谱在过去几年中已被广泛描绘，但在理解疾病从局限性肿瘤向致死性转移性疾病演变的动态过程中，蛋白质层面的全景图谱仍存在巨大空白 [1]。临床上面临的严峻现实是，虽然雄激素剥夺疗法（ADT）是标准治疗方案，但肿瘤细胞往往通过以蛋白质丰度的改变和翻译后修饰（PTMs）的重编程为代表的非基因组层面的适应来逃避治疗，最终进展为去势抵抗性前列腺癌（CRPC）或发生谱系可塑性转化[2]。在这一演进阶段，诸如磷酸化、泛素化和乙酰化等修饰对信号通路和蛋白质稳定性的调控起决定性作用，却往往被传统的转录组研究所忽略。因此，临床迫切需要超越单纯的基因表达分析，深入解码蛋白质组的复杂动态内容，以锁定那些仅在蛋白质修饰层面显现的隐蔽靶点，从而开发出能够精准阻断耐药性进化的下一代组合疗法。

在Cell Reports上发表的一项重磅研究，系统性地构建了前列腺癌进展过程中的综合蛋白质组学与修饰组学画像[3]。该文的核心贡献在于，揭示了在疾病演进中，PTMs网络如何成为独立于基因突变的关键调控层。研究深入探讨了蛋白质功能失活的非基因组机制，并据此提出了靶向特定PTM（如利用化学接近诱导剂）的全新治疗思路。这种向“多维蛋白质组学”的视角转变，为理解癌症演化提供了关键见解，也为开发下一代精准疗法开辟了新路径。本文特对该研究的核心内容进行提炼与解读，以飨读者。

研究设计

本项研究是一篇综合性的多组学分析与机制解析，聚焦于前列腺癌从原发性向去势抵抗性及神经内分泌转化的动态演进。 核心方法是利用患者来源异种移植（PDX）模型结合深度定量质谱技术，通过构建独特的拟时序评分系统，系统性地整合了蛋白质组、磷酸化组、乙酰化组和泛素化组的全景数据。研究的重点在于深入剖析了PTMs在疾病进展中的核心调控作用，特别是揭示了泛素特异性蛋白酶1（USP1）的异常上调、肿瘤抑制因子（NF1）的转录后缺失以及RTK-RAS-MAPK通路的早期激活机制。在意义上，该文献通过解码驱动谱系可塑性的蛋白质稳定性网络，为挖掘基因组学无法识别的隐蔽治疗靶点（如联合抑制USP1）提供了详实的分子图谱和转化依据。

图1 图片摘要

研究结果

该研究共纳入24个PDX模型。为了对标临床分期，研究首先利用转录组数据构建了“拟时序”（Pseudotime, PT）评分系统。该模型队列涵盖了从原发性PCa到ARPC（雄激素受体阳性CRPC）、NEPC（神经内分泌前列腺癌）和DNPC（双阴性前列腺癌）的完整演进轨迹。研究通过定量质谱技术，对这些模型进行了蛋白质组、磷酸化组、乙酰化组和泛素化组的深度分析。

在蛋白质丰度与PT进展的关联分析中，研究人员发现了多个在临床开发中的潜在治疗靶点。结果显示，多种与DNA复制和修复相关的蛋白，如TOP2A、WEE1和USP1，其丰度随疾病进展显著上调。为了验证USP1的临床应用价值，研究在LNCaP TP53/RB1缺陷的异种移植模型中测试了USP1抑制剂（Debio 0432）。结果显示，单独使用Debio 0432对肿瘤生长没有影响；然而，当Debio 0432与去势手术联合使用时，显著延缓了肿瘤的复发。

本研究的核心发现之一来自于对mRNA与蛋白质表达差异的分析。研究发现，肿瘤抑制因子NF1和FAT4的蛋白质丰度在疾病进展中下调，但其mRNA水平并无相应变化。在匹配的临床样本中，NF1和FAT4蛋白的减少主要发生在AR表达下调的复发肿瘤中。进一步的机制研究表明，这种转录后抑制与致癌性microRNA（miR-424）的上调相关。在22Rv1细胞中强制表达miR-424，可显著下调NF1蛋白水平，但并不影响其mRNA水平。

图2 与前列腺癌进展相关的蛋白质丰度变化

为了具象化RTK-RAS-MAPK通路激活的另一机制，研究锁定了肿瘤抑制因子ERF。分析显示，ERF在疾病进展中并非通过基因突变失活，而是通过S21位点的特异性磷酸化。这种磷酸化在LTL331纵向模型中随时间显著增加。为了验证该修饰的功能，研究构建了磷酸化缺陷（S21A）和磷酸化模拟（S21D）突变体。在PC3细胞中，野生型ERF和S21A突变体均能抑制克隆形成，而S21D突变体则丧失了这种抑制能力。

此外，ERF的S21磷酸化似乎是其功能失活的关键开关。免疫荧光分析显示，野生型ERF和S21A主要定位于细胞核；相反，S21D则主要滞留在细胞质中。这表明，在疾病进展过程中，MAPK通路可能通过磷酸化ERF的S21位点，使其从细胞核中排出，从而解除了ERF对ETS转录因子（如ETV4/5）的抑制，最终推动了肿瘤进展。

图3 MAPK通路中的翻译后修饰

总结

本研究通过一项基于临床相关PDX模型的综合性多组学分析，利用独特的拟时序评分系统，有效填补了既往仅依赖基因组学和转录组学理解前列腺癌进展的空白。研究结果清晰地揭示了单纯依赖mRNA表达无法完全捕捉的疾病驱动机制。尽管部分基因表达与蛋白丰度具有相关性，但关键的肿瘤抑制因子（如NF1）和转录因子（如ERF）的功能失活主要通过PTMs或转录后调控来实现，而非基因突变。特别值得注意的是，该研究发现USP1的上调是耐药进展的关键特征，且其抑制剂与去势疗法的联合应用展现出显著的协同效应。尽管本研究的结果可能受到缺乏肿瘤微环境相互作用及需要进一步临床样本验证的限制，但其构建的蛋白质组学全景图谱具有重要的转化意义。它揭示了“靶向蛋白质稳定性与修饰”优于单纯“靶向基因组变异”的治疗潜力，随着未来对新型药理学策略及联合疗法（如USP1抑制剂联用）的深入探索，这种多组学驱动的机制解析有望为克服AR抑制剂耐药及阻断神经内分泌转化提供关键的精准治疗靶点。

参考文献：

[1] Woo J, Loycano M, Amanullah M, et al. Single-Cell Proteomic Characterization of Drug-Resistant Prostate Cancer Cells Reveals Molecular Signatures Associated with MorphologicalChanges[J]. Mol Cell Proteomics. 2025;24:100949.

[2] Huang Y, Yang G, Yao X, et al. Proteomic profiling of prostate cancer reveals molecular signatures under antiandrogen treatment[J]. Clin Proteomics. 2024;21:44.

[3] Zhang J, Rivera KD, Bossi D, et al. An integrated proteomic portrait of prostate cancer progression[J]. Cell Reports, 2025,44:115828.

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