結(jié)直腸癌（CRC）是全球第三大常見(jiàn)惡性腫瘤，也是癌癥死亡的第二大原因。盡管篩查項(xiàng)目主要基于年齡和家族史，但CRC風(fēng)險(xiǎn)在人群中的顯著變異并不僅由這些因素決定。因此迫切需要開發(fā)非侵入性的早期篩查和診斷生物標(biāo)志物，以及基于風(fēng)險(xiǎn)的個(gè)性化篩查策略。而血漿蛋白由于其在循環(huán)系統(tǒng)中可通過(guò)分泌或細(xì)胞滲漏出現(xiàn)，能夠反映健康和疾病狀態(tài)，已被廣泛研究為CRC相關(guān)的潛在生物標(biāo)志物。

近日，浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院研究團(tuán)隊(duì)在期刊Nature Communications (IF 14.7)上發(fā)表了題為“Plasma proteomic and polygenic profiling improve risk stratification and personalized screening for colorectal cancer”的研究論文。該研究開發(fā)了一種結(jié)合血漿蛋白質(zhì)組學(xué)、多基因風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分（PRS）和QCancer-15風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分（QCancer-S）的綜合預(yù)測(cè)模型，用于評(píng)估結(jié)直腸癌的個(gè)體化篩查風(fēng)險(xiǎn)，該模型表現(xiàn)出顯著優(yōu)于僅使用QCancer-S的模型。

研究亮點(diǎn)

200例本地臨床病例研究獲得基于質(zhì)譜技術(shù)的血漿差異蛋白質(zhì)

通過(guò)英國(guó)生物銀行樣本數(shù)據(jù)庫(kù)外部隊(duì)列，驗(yàn)證篩選出15個(gè)疾病相關(guān)血漿差異蛋白

通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)結(jié)合血漿差異蛋白質(zhì)（蛋白組學(xué)）、多基因風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分（基因組學(xué)）和非遺傳風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)分（臨床表型數(shù)據(jù)）獲得聯(lián)合預(yù)測(cè)模型。

研究策略

該團(tuán)隊(duì)使用基于病例對(duì)照（發(fā)現(xiàn)隊(duì)列：包括150例新確診的CRC患者和50例年齡和性別匹配的對(duì)照）和獨(dú)立前瞻性人群隊(duì)列（驗(yàn)證隊(duì)列：英國(guó)生物銀行（UKBB）招募了52,231名參與者，731例為CRC新發(fā)病例）的兩階段策略，來(lái)篩選和驗(yàn)證與CRC相關(guān)的血漿蛋白質(zhì)組學(xué)特征。篩選出關(guān)鍵蛋白質(zhì)生物標(biāo)志物并結(jié)合QCancer-S和PRS構(gòu)建CRC發(fā)病預(yù)測(cè)模型。最后，團(tuán)隊(duì)評(píng)估了聯(lián)合模型的預(yù)測(cè)性能以及潛在臨床應(yīng)用價(jià)值。

圖1：研究策略

研究結(jié)果

一、CRC血漿蛋白質(zhì)組特征分析

首先，在發(fā)現(xiàn)階段利用質(zhì)譜標(biāo)記定量蛋白組學(xué)技術(shù)在結(jié)直腸癌病例與對(duì)照組之間鑒定出421種差異表達(dá)的血漿蛋白，其中243種蛋白上調(diào)，178種蛋白下調(diào)。在驗(yàn)證階段，團(tuán)隊(duì)通過(guò)長(zhǎng)達(dá)13年隨訪時(shí)間英國(guó)生物樣本庫(kù)積累的的蛋白組學(xué)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了這些蛋白質(zhì)的關(guān)聯(lián)性。最終篩選出15種蛋白質(zhì)（IGFBP4、WFDC2、TFF1、LTBP2、COL18A1、CCN3、SELL、PON3、ADGRG2、IGF2R、PZP、CDON、TNXB、APLP1、CR2）用于構(gòu)建結(jié)直腸癌的蛋白質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分（ProS）（圖2）。

圖2：用于構(gòu)建結(jié)直腸癌蛋白質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分的 15 種血漿蛋白的結(jié)果

二、預(yù)測(cè)模型的開發(fā)與評(píng)估

研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合ProS、PRS和QCancer-S開發(fā)了一個(gè)綜合模型，ROC曲線顯示，組合模型的C-統(tǒng)計(jì)量為0.79（95% CI: 0.75–0.84），顯著高于QCancer-15模型的0.71（95% CI: 0.66–0.76）（圖3a）。在校準(zhǔn)曲線中，預(yù)測(cè)的CRC風(fēng)險(xiǎn)與觀察到的風(fēng)險(xiǎn)具有良好的一致性，尤其是在組合模型中，該模型在訓(xùn)練和驗(yàn)證隊(duì)列中均表現(xiàn)出更高的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性和凈效益(圖3b-c)。

圖3：基于QCancer-S、PRS、ProS和結(jié)直腸癌聯(lián)合模型的預(yù)測(cè)模型評(píng)估

三、跨風(fēng)險(xiǎn)組的CRC風(fēng)險(xiǎn)分層

研究人員進(jìn)一步將綜合模型和組合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分 （ComS） 的組成部分分為三組（低風(fēng)險(xiǎn)組、中風(fēng)險(xiǎn)組和高風(fēng)險(xiǎn)組）（圖4a-d），與中風(fēng)險(xiǎn)組相比：高ProS組的結(jié)直腸癌風(fēng)險(xiǎn)增加了1.5倍；高PRS組的風(fēng)險(xiǎn)增加了2.7倍；高QCancer-15組的風(fēng)險(xiǎn)增加了1.9倍；高ComS組的風(fēng)險(xiǎn)增加了3.3倍，在訓(xùn)練隊(duì)列和驗(yàn)證隊(duì)列中均有類似趨勢(shì)（分別為2.94和4.27倍），表明綜合模型能顯著提升風(fēng)險(xiǎn)分層的精度。

 圖4：跨風(fēng)險(xiǎn)組全人群結(jié)直腸癌篩查的風(fēng)險(xiǎn)分層和風(fēng)險(xiǎn)適應(yīng)起始年齡

四、CRC篩查的風(fēng)險(xiǎn)適應(yīng)起始年齡

最后，研究人員根據(jù)10年累計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，以評(píng)估不同風(fēng)險(xiǎn)組的整個(gè)人群的個(gè)性化篩查初始年齡。高PRS組的受試者應(yīng)在41歲開始篩查，而低PRS組的篩查起始年齡為60歲以上。高ProS組的受試者應(yīng)在46歲開始篩查，而低ProS組的篩查起始年齡為57歲。ComS顯示，高風(fēng)險(xiǎn)組的受試者建議在40歲之前開始篩查，而低風(fēng)險(xiǎn)組則可推遲至60歲以后再進(jìn)行篩查（圖4g）。

研究結(jié)論

總之，該研究將血漿蛋白質(zhì)組學(xué)與PRS和QCancer-15相結(jié)合，顯著提高了風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，并在確定CRC篩查的風(fēng)險(xiǎn)適應(yīng)起始年齡方面具有臨床意義?？赡苡兄贑RC個(gè)性化篩查，并減輕低風(fēng)險(xiǎn)人群的篩查負(fù)擔(dān)，同時(shí)提高篩查檢出率。

如何通過(guò)血漿蛋白質(zhì)組學(xué)研究獲得具有臨床意義的生物標(biāo)志物？

本研究巧妙利用質(zhì)譜技術(shù)的優(yōu)勢(shì)（通過(guò)質(zhì)譜進(jìn)行高通量低成本血漿差異蛋白質(zhì)發(fā)現(xiàn)），通過(guò)外部數(shù)據(jù)資源庫(kù)的驗(yàn)證篩選得到血漿生物標(biāo)志物，最后利用機(jī)器學(xué)習(xí)結(jié)合基因組學(xué)和表型數(shù)據(jù)共同開發(fā)優(yōu)勢(shì)計(jì)算模型，展現(xiàn)了一種經(jīng)濟(jì)有效的組合研究策略

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