结直肠癌（Colorectal cancer，CRC）是最常见的恶性消化道肿瘤，对人类健康构成严重威胁。然而，结直肠癌是一种比较“沉默”的疾病，常见的症状包括直肠出血、排便习惯改变和缺铁性贫血等，导致大多数患者在确诊时已处于中晚期。患者的诊断分期与生存密切相关，早期诊断出的患者最有可能获得治愈性治疗和长期生存。目前，临床上用于结直肠癌诊断的金标准是肠镜检查结合病理分析。尽管这一方法有效，但由于其侵入性特征，患者的依从性较差，因此并不适合作为结直肠癌的最佳早筛和早诊工具。近年来，基于EVs的分子诊断技术作为液体活检工具在肿瘤诊断领域的研究热度持续攀升。EVs携带的活性分子提供了来自亲代肿瘤细胞更丰富的生物学信息，通过检测EVs中分子组成和含量的变化，可以实现更为准确的疾病筛查、诊断、预后评估以及治疗监测。特别是EVs中丰富的蛋白质组成所蕴含的生物学终端信息对疾病的诊断、分型等具有重要的指导意义。因此，发展胞外囊泡蛋白质组学策略在疾病诊断、预后评估和治疗效果监测方面具有广阔的应用前景。然而，现有的EVs蛋白质组学方法由于在分离和检测技术难以实现高通量，限制了其临床应用中的实际转化潜力。近日，北京大学化学与分子工程学院、北大-清华生命科学联合中心、北京大学成都前沿交叉生物技术研究院王初实验室与北医三院林坚课题组、北京大学首钢医院顾晋课题组在Chemical Science杂志上合作发表了题为“A simplified and efficient extracellular vesicle-based proteomics strategy for early diagnosis of colorectal cancer”的研究文章。在这项工作中，作者们建立并优化了一种高效的胞外囊泡（Extracellular vesicles，EVs）蛋白质组学检测工作流程。该策略显著提升了EVs蛋白质组学的临床适用性，为精准医疗和个性化医疗的发展提供了更为可靠的工具。基于该策略，该研究深入开展了结直肠癌（CRC）血浆EVs的蛋白质组学分析，用于发现CRC早期筛查和诊断相关的生物标志物。
该研究首先开发了一种简化且高效的EVs蛋白质组学策略，具备高通量、高灵敏度和高覆盖度等优势。该策略通过合成一种DSPE功能化的固相介质，实现了对复杂生物体液中EVs的快速捕获。为了进一步实现对EVs快速、深度、准确的大规模定量分析，文章将单锅固相增强样品制备（SP3）技术与数据非依赖采集技术（DIA）相结合，建立并优化了一种高效的EVs蛋白质组学检测工作流程。作者首先合成了一种DSPE功能化的琼脂糖固相介质——DSPE-Beads，通过将其疏水结构的脂肪酸酯插入EVs的脂质双分子层中，用于快速捕获EVs。接下来，作者通过免疫印迹以及扫描电镜进一步表征了分离的胞外囊泡。此外，作者还证明了DSPE-Beads能够高效地从血浆中富集Cy5-EVs，而未富集到Cy5-Trastuzumab，表明DSPE-Beads能够有效地从血浆中富集EVs，同时对存在的游离蛋白具有低的非特异性结合能力。进一步，作者建立并优化了一种基于DIA无标定量蛋白质组学分析技术，从样本制备到数据获取的每个步骤和环节进行了全方位的优化，从而实现深度、准确和回顾性的EVs定量蛋白质组学分析。接下来，作者还在蛋白质组学水平上探索了DSPE-Beads方法相较传统方法可能存在的潜在优势。结果表明，DSPE-Beads方法在分离EVs方面表现出高度的特异性、稳定性和广泛的覆盖度，为表征EVs蛋白质组提供了一个更好的解决方案。基于该策略，作者开展了结直肠癌（CRC）血浆EVs的蛋白质组学分析来发现CRC早筛早诊的生物标志物。在标志物发现阶段，作者分析了30例血浆样本，包括11例健康对照（HC）、8例腺瘤性息肉患者（Polyp）和11例早期CRC患者。通过对这些血浆中提取的EVs样本进行分析，作者稳定、重复地定量检测到826种蛋白质，并识别出219个显著改变的蛋白质。为实现CRC的早期诊断，作者筛选出10个具有诊断价值的蛋白质标志物，构建了一个生物标志物组。基于这一标志物组，作者建立了支持向量机的机器学习模型，用于分类不同组别的患者。在进一步对28例样本组成的独立队列进行了单盲测试中，该模型达到了89.3%的绝对准确度，能够有效地应用于新患者疾病状态的判定，证明了该生物标志物组在实际临床应用中的转化潜力。总而言之，该工作建立了一种高效、快速的EVs蛋白质组学流程，为结直肠癌的早筛早诊以及其他疾病生物标志物的发现提供了强大工具。文章的通讯作者为北京大学化学与分子工程学院、北大-清华生命科学联合中心、北京大学成都前沿交叉生物技术研究院王初教授，北京大学第三医院的林坚教授，以及北京大学首钢医院的顾晋教授。北京大学化学与分子工程学院王初课题组2020级博士研究生张锦、北京大学首钢医院的高兆亚博士以及北京大学成都前沿交叉生物技术研究院的肖伟弟博士为共同第一作者。该工作也得到了国家自然科学基金、四川省自然科学基金与科技部重点研发项目的支持。A simplified and efficient extracellular vesicle-based proteomics strategy for early diagnosis of colorectal cancer, Chem Sci. 2024 Oct 15. doi: 10.1039/d4sc05518g.文章链接：https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2024/SC/D4SC05518G外泌体资讯网 Chem. Sci｜王初课题组与林坚课题组/顾晋课题组合作发展了一种高效的EVs蛋白质组学分析流程用于结直肠癌的早筛早诊
