Nat Commun丨郭天南團(tuán)隊(duì)通過(guò)多中心多組學(xué)研究構(gòu)建甲狀腺髓樣癌精準(zhǔn)預(yù)后模型

近日， 西湖大學(xué)醫(yī)學(xué)院郭天南團(tuán)隊(duì) ，聯(lián)合 復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院王宇教授 ， 上海 市 第六人民醫(yī)院劉志艷教授等多個(gè)團(tuán)隊(duì)， 在Nature Communications發(fā)表題為：Multi-center multi-omics integration predicts individualized prognosis in medullary thyroid carcinoma的最新研究 。通過(guò)分析來(lái)自全國(guó)10家醫(yī)院患者的腫瘤樣本，團(tuán)隊(duì)為甲狀腺髓樣癌（ MTC ）開(kāi)發(fā)了一套全新的“風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分”系統(tǒng)。該系統(tǒng)能幫助醫(yī)生更準(zhǔn)確地判斷，哪些患者在手術(shù)后容易復(fù)發(fā)。它綜合了腫瘤的多方面信息，讓術(shù)后治療和復(fù)查方案能夠?qū)崿F(xiàn)因人而異、精準(zhǔn)定制。

在甲狀腺癌家族中，有一種雖然罕見(jiàn)卻兇險(xiǎn)的類(lèi)型——甲狀腺髓樣癌（ Medullary Thyroid Carcinoma ， MTC ）。它僅占所有甲狀腺癌的 2% ， 但 疾病中位生存期僅為 8.6 年 ， 并且有約四分之一的可能具有遺傳性 。由于其固有的 碘 放射性治療抵抗性，手術(shù)切除是目前的主要治療手段，但術(shù)后復(fù)發(fā)率高，嚴(yán)重影響著患者的長(zhǎng)期生存與生活質(zhì)量。

如何更早、更準(zhǔn)地識(shí)別出那些容易復(fù)發(fā)的高危患者，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)體化治療和精準(zhǔn)隨訪(fǎng)，是臨床上面臨的重大挑戰(zhàn)。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì) 452 名中國(guó) MTC 患者的 482 份樣本進(jìn)行系統(tǒng)性分析，整合了臨床信息、基因測(cè)序、蛋白質(zhì)組學(xué)乃至泛素化修飾組學(xué)數(shù)據(jù)，首次構(gòu)建了一個(gè)高效、精準(zhǔn)的 MTC 預(yù)后預(yù)測(cè)模型，并揭示了中國(guó) MTC 患者 獨(dú)特的分子特征。

MTC 起源于甲狀腺的濾泡旁 C 細(xì)胞，具有侵襲性強(qiáng)、易轉(zhuǎn)移的特點(diǎn)。目前，術(shù)后的預(yù)后評(píng)估主要依賴(lài) TNM 分期系統(tǒng)，但該系統(tǒng)未能納入年齡、遺傳背景、術(shù)后降鈣素水平等諸多重要因素。近年來(lái)提出的國(guó)際 MTC 分級(jí)系統(tǒng)（ IMTCGS ）雖然納入了腫瘤增殖活性等指標(biāo)，但其在中國(guó)人群中的適用性尚不明確。

在分子層面， RET 基因突變是 MTC 最重要的驅(qū)動(dòng)因素，但在約 10% 的散發(fā)性 MTC 患者中，甚至找不到已知的驅(qū)動(dòng)突變。蛋白質(zhì)作為生命活動(dòng)的最終執(zhí)行者，其豐度與基因、 RNA 水平并不完全一致，然而基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學(xué)在 MTC 預(yù)后評(píng)估中的應(yīng)用仍非常有限。 團(tuán)隊(duì) 希望通過(guò)整合多維度數(shù)據(jù)，繪制一幅更精細(xì)的 MTC “地圖” ，找到真正決定疾病走向的關(guān)鍵 位置 。

繪制中國(guó) MTC 多組學(xué)全景圖譜

圖 2 本研究工作流程，包括樣本收集、基因測(cè)序、基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學(xué)分析、泛素組學(xué)分析以及數(shù)據(jù)分析。

研究團(tuán)隊(duì) 收集 了來(lái)自全國(guó)十家臨床中心、跨度超過(guò)二十年的珍貴樣本，最終構(gòu)建了包含 6 個(gè)中心 347 名患者的發(fā)現(xiàn)隊(duì)列 以及 4 個(gè)中心 105 名患者的獨(dú)立驗(yàn)證隊(duì)列。 團(tuán)隊(duì) 對(duì)所有樣本進(jìn)行了 28 個(gè)甲狀腺癌相關(guān)基因的靶向測(cè)序，并利用壓力循環(huán)技術(shù) （ PCT ） 結(jié)合數(shù)據(jù)非依賴(lài)性采集質(zhì)譜技術(shù)，成功鑒定了 10,092 種蛋白質(zhì)， 建立了一個(gè) 大規(guī)模的 基因 、 蛋白質(zhì)組學(xué) 和泛素組學(xué) 數(shù)據(jù)集。多中心研究最大挑戰(zhàn)之一就是數(shù)據(jù)異質(zhì)性。 團(tuán)隊(duì) 通過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)控和批次效應(yīng)校正，確保了數(shù)據(jù)的可靠性與可整合性，這使得大規(guī)模分析成為可能。

研究首先在臨床層面確認(rèn)了 3 個(gè)獨(dú)立復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)因素： IMTCGS 高 級(jí)別 、并發(fā)乳頭狀甲狀腺癌（ PTC ）以及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。值得注意的是， MTC 與 PTC 并發(fā)這一此前較少被關(guān)注的現(xiàn)象，被發(fā)現(xiàn)是重要的風(fēng)險(xiǎn)提示，暗示兩種癌癥之間可能存在尚未知曉的相互作用。基因分析揭示了中西方 MTC 患者的重要差異。 在散發(fā)性 MTC 中， 西湖 隊(duì)列的 HRAS 基因突變頻率明顯高于歐美報(bào)告的數(shù)據(jù)。 而 在遺傳性 MTC 中， 西湖隊(duì)列 最常見(jiàn)的 RET C634 位點(diǎn)的 突變占比達(dá)到 45% ，遠(yuǎn)高于美國(guó) MSKCC 隊(duì)列 中的 27.5% ；而 MSKCC 隊(duì)列 中常見(jiàn)的 RET C609Y 突變，在 西湖隊(duì)列 中卻極為罕見(jiàn)。 這些差異提示，基于西方人群建立的遺傳風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系可能不完全適用于中國(guó)患者。本研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在散發(fā)性 MTC 中，攜帶 RET M918T 突變的患者復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)顯著更高；而在遺傳性 MTC 中， RET S891A 突變預(yù)示著更高的復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)， RET C634 突變則與較低的復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)為建立適用于中國(guó)人群的遺傳咨詢(xún)和個(gè)體化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步對(duì)復(fù)發(fā)與非復(fù)發(fā)患者的腫瘤組織進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，兩者之間存在顯著的蛋白質(zhì)表達(dá)差異。在復(fù)發(fā)患者中，共有 141 種蛋白質(zhì)的表達(dá)水平發(fā)生明顯改變。功能分析顯示，這些異常表達(dá)的蛋白質(zhì)多富集于細(xì)胞外基質(zhì)重塑、膠原蛋白合成以及血管生成等相關(guān)通路，提示腫瘤微環(huán)境的改變可能與復(fù)發(fā)密切相關(guān)。同時(shí)，研究也觀(guān)察到，在具有不同基因突變（ RET 與 RAS 突變）的患者中，其關(guān)鍵信號(hào)通路中的 NF1 和 SPRY4 表達(dá)呈現(xiàn)相反的模式，這可能是導(dǎo)致其預(yù)后差異的分子基礎(chǔ)之一。

如果說(shuō)基因組是藍(lán)圖，蛋白質(zhì)就是建成的機(jī)器。 中心法則 中 RNA 翻譯成 蛋白質(zhì)并不是 最后一環(huán) 。 在翻譯后，還有翻譯后修飾的存在，就 像 從工廠(chǎng)流水線(xiàn)中出來(lái)的商品還需要打上合適的標(biāo)簽 ，才能將他們送到合適的地方，發(fā)揮正確的作用。 而泛素化修飾，就像是給這些 蛋白質(zhì) 貼上 的一種 “ 標(biāo)簽 ” ，決定它們的穩(wěn)定性、定位和功能。研究首次對(duì) MTC 開(kāi)展了泛素化修飾組學(xué)分析 。 通過(guò)比較復(fù)發(fā)與未復(fù)發(fā)患者的腫瘤組織，研究發(fā)現(xiàn)，在復(fù)發(fā)腫瘤中，與細(xì)胞周期調(diào)控密切相關(guān)的 K11 位點(diǎn)泛素化 顯著降低。同時(shí)， E3 泛素連接酶 CUL4B 和 TRIM32 ， 在復(fù)發(fā) 樣本 中的表達(dá)量也明顯 降低 ， 這一發(fā)現(xiàn)在另一個(gè)獨(dú)立的患者隊(duì)列中得到了驗(yàn)證。 這兩種 E3 泛素連接酶 在多種癌癥中通常發(fā)揮促癌作用， 盡管在 MTC 中的直接證據(jù)尚有限，但 該發(fā)現(xiàn) 提示 CUL4B 和 TRIM32 可能 與 MTC 復(fù)發(fā)與轉(zhuǎn)移 有關(guān) 。本研究揭示 了 其作為 MTC 發(fā)病潛在調(diào)控因子及治療靶點(diǎn)的價(jià)值，為未來(lái)研究提供了方向。

我們?cè)?對(duì)每個(gè)樣本進(jìn)行蛋白質(zhì)定量之后， 從整體上，我們想要嘗試探究不同患者蛋白表達(dá)模式是否存在差異，并且這種差異 （異質(zhì)性） 是否與 疾病預(yù)后，臨床特征，基因突變有關(guān)。 在 采用非負(fù)矩陣分解（ NMF ）算法對(duì)差異表達(dá)蛋白進(jìn)行無(wú)監(jiān)督聚類(lèi)分析 后，我們 篩選出 52 種關(guān)鍵蛋白 。 基于 52 個(gè)核心蛋白質(zhì)的表達(dá) 模式 ， 研究團(tuán)隊(duì) 成功將 MTC 劃分為三個(gè)具有 不同 預(yù)后、臨床特征和分子通路 的分子亞型。M1 亞型 （占 51.6% ）：預(yù)后 中等 。其特點(diǎn)是更高的免疫細(xì)胞浸潤(rùn)和獨(dú)特的代謝特征。M2 亞型 （占 18.4% ）：預(yù)后最差。表現(xiàn)為最高的復(fù)發(fā)率和疾病特異性死亡率，腫瘤更大，更多發(fā)生淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和甲狀腺外侵犯。 具有更多 RET M918T 突變， 細(xì)胞粘附以及 上皮 - 間質(zhì)轉(zhuǎn)化通路活躍，呈現(xiàn)出更強(qiáng)的轉(zhuǎn)移和侵襲特性。M3 亞型 （占 30.0% ）：預(yù)后良好。復(fù)發(fā)率和死亡率極低，神經(jīng)內(nèi)分泌標(biāo)志物 表達(dá)高 ，女性及遺傳性患者比例更高。這種基于蛋白質(zhì)組的分子分型方法顯示出穩(wěn)健的預(yù)后預(yù)測(cè)價(jià)值。 在發(fā)現(xiàn)隊(duì)列中， M2 亞型的患者其無(wú)復(fù)發(fā)生存率顯著低于 M3 亞型 （ P = 4.57e-06 ） 。 該分型同樣 在獨(dú)立的驗(yàn)證隊(duì)列 （ P =0.034 ） 以及來(lái)自公共數(shù)據(jù)庫(kù)的外部數(shù)據(jù)集 （ P =0.017 ） 中得到驗(yàn)證 ， 均能有效區(qū)分亞型的預(yù)后風(fēng)險(xiǎn)。這一可重復(fù)的分子分型， 為未來(lái)針對(duì)不同亞型 的患者 設(shè)計(jì)差異化治療策略奠定了基礎(chǔ)。

研究的最終 目的 ，是建立一個(gè) 具有 服務(wù)于臨床 潛力 的預(yù)測(cè)工具。團(tuán)隊(duì)利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法，分別構(gòu)建了基于臨床特征、基因突變、蛋白質(zhì)表達(dá)的預(yù)測(cè)模型，并最終整合成了一個(gè) 包含 20 個(gè)特征（ 18 個(gè)蛋白質(zhì) +2 個(gè)臨床特征）的集成模型。在 模型 性能 驗(yàn)證中， 集成 模型展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。 在包含 105 例患者的獨(dú)立測(cè)試集中 ， 集成模型的預(yù)測(cè)效能（ AUC=0.87 ） 優(yōu)于 MTC 國(guó)際分級(jí)系統(tǒng) （ AUC=0.51 ） ， 也高于僅基于 臨床 特征 （ AUC=0.76 ） 或 基因 突變 （ AUC=0.47 ） 的單一模型 。 即使在樣本類(lèi)型不同的另一 公共 數(shù)據(jù)集（ 64 例患者）中，該模型仍保持穩(wěn)定可靠的預(yù)測(cè)能力，顯示出其用于術(shù)后復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的潛力。值得注意的是，在兩項(xiàng)外部驗(yàn)證中，集成模型與僅使用蛋白質(zhì)特征的模型取得了相近的預(yù)測(cè)效能，但集成模型所使用的特征數(shù)量減少了約 31% ，在效果相當(dāng)?shù)那疤嵯?降低了模型復(fù)雜度，更利于臨床轉(zhuǎn)化 。這一集成模型 旨在 幫助醫(yī)生更精準(zhǔn)地識(shí)別出 術(shù)后復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)較高的患者，從而為高危患者制定更密切的隨訪(fǎng)方案 ， 同時(shí)避免對(duì)低風(fēng)險(xiǎn)患者的過(guò)度干預(yù)， 有助于 推動(dòng) MTC 的臨床管理向真正的個(gè)體化、精準(zhǔn)化邁進(jìn)。

本研究基于大規(guī)模中國(guó)患者隊(duì)列，建立了 大型 MTC 多組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，揭示了獨(dú)特的分子特征，并開(kāi)發(fā)了創(chuàng)新的預(yù)測(cè)工具，為 MTC 的精準(zhǔn)診療提供了重要資源。當(dāng)然，將科研成果轉(zhuǎn)化為臨床實(shí)踐仍需更多步驟。 本研究回顧性的設(shè)計(jì)和基于術(shù)后石蠟樣本的分析，使得將 發(fā)現(xiàn)的生物 標(biāo)志物應(yīng)用于 臨床，尤其是術(shù)前 診斷 仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。 未來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在術(shù)前樣本（如穿刺樣本或血液）中驗(yàn)證這些新型生物標(biāo)志物，并利用靶向蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在更廣泛的人群中驗(yàn)證模型的可靠性。同時(shí)，在細(xì)胞或動(dòng)物模型中深入探索 CUL4B 、 TRIM32 等關(guān)鍵分子的生物學(xué)功能，有望為開(kāi)發(fā)新的治療靶點(diǎn)鋪平道路。

這項(xiàng)由中國(guó)科學(xué)家主導(dǎo)的大型研究，不僅提升了我們對(duì)甲狀腺髓樣癌這一疑難疾病的科學(xué)認(rèn)知，更展示了精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)從科研走向臨床的 探索 。隨著后續(xù)研究的深入， 有望為每位 MTC 患者提供基于其 臨床情況和 分子特征的個(gè)體化預(yù)后評(píng)估，從而獲得更具針對(duì)性的臨床管理。

西湖大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士生周巖， 副研究員 王瑛睿 ，博士后 王佳童， 復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院 醫(yī)生史瀟博士 ，上海市第六人民醫(yī)院 醫(yī)生 張立坤 博士， 西湖大學(xué)工學(xué)院 臧澤林 博士為該研究共同第一作者。西湖大學(xué)醫(yī)學(xué)院郭天南教授、 復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院 王宇教授、上海市第六人民醫(yī)院劉志艷教授、 原西湖大學(xué)博士后孫耀庭（現(xiàn)為 馬克斯·普朗克 研究所博士后） 為共同通訊作者。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-67533-7

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