欧米合作|Nat Commun:基于蛋白质的儿童青少年甲状腺乳头状癌个体化预后分层模型

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近日,中国医科大学附属第一医院甲状腺外科张浩教授团队联合西湖大学医学院郭天南教授团队共同合作的有关儿童青少年甲状腺乳头状癌复发风险预测的研究取得突破性进展,中国医科大学附属第一医院甲状腺外科王志宏教授作为该研究的共一第一作者,在 Nature 子刊 Nature Communications 上发表了题为 An individualized protein-based prognostic model to stratify pediatric patients with papillary thyroid carcinoma 的研究论文。

甲状腺乳头状癌(PTC)是儿童青少年(年龄≤18岁)中最常见的内分泌恶性肿瘤之一,发病率每年增加4.4%。约1.8%的甲状腺癌发生在儿童和青少年中,其中PTC占90%以上。与成人PTC相比,儿童青少年PTC(PPTC)十分少见,具有肿瘤体积大、淋巴结转移多、甲状腺腺外侵犯率高、远处转移率高、复发率高、总体死亡率较低的特点。

与成人不同,现有的指南关于PPTC个体化治疗的推荐意见很少。虽然大多数PPTC具有良好的预后,但复发严重影响患者的无病生存率和生活质量。目前缺乏评估PPTC患者预后并根据复发风险分层来进行个体化诊治的有效方法。

蛋白质作为基因表达的最终产物,可在疾病的预后评估方面发挥更大的作用。研究团队采用了一种基于蛋白质组学数据以及机器学习的客观方法来构建PPTC复发风险的预测模型。通过验证,模型准确率高达88.24%,可将PPTC患者分为高或低复发风险组,并为每一例患者提供个性化复发风险预测,为临床决策和个体化治疗提供参考。

西湖欧米负责该项目的部分生信分析及样本前处理、PCT裂解酶解上机等工作。

图1 论文截图


研究样本及技术方法

研究团队回顾性分析了2007年11月至2021年4月中国医科大学附属第一医院甲状腺外科收治的234例患者,其中包括83例儿童良性(PB)、85例儿童恶性(PM)和66例成人恶性(AM)患者,利用压力循环技术(PCT)及数据非依赖的质谱采集技术(DIA-MS)对其FFPE样本进行蛋白质组学测定,并对鉴定到的10,426种蛋白质进行分析。

图2 实验设计及实验工作流程图


结果1:
年龄、总淋巴结转移数目、侧颈淋巴结转移数目与PPTC的复发显著相关

研究团队首先对85例PM患者的11项临床及病理特征构建了单变量Cox比例风险模型,发现年龄、总淋巴结转移数目和侧颈淋巴结转移数目与复发密切相关。多变量分析表明,将年龄作为分类变量进行分析相对合适,并且与复发的相关性更为显著。

图3 复发风险相关的临床因素分析


结果2:
蛋白质组学技术揭示PPTC独特差异性蛋白表达

使用蛋白质组学方法研究PM与PB以及AM之间的差异,结果发现在PM组中分别有243和121个蛋白质显著失调。

功能和通路分析显示,PM组中上调显著的蛋白质与MHC-II和免疫紧密相关,说明PPTC具有独特的免疫特征,表明PPTC的发展可能与免疫系统功能的异常有关。

图4 蛋白质组学差异分析及功能和富集通路分析

 

结果3:
儿童甲状腺结节中的免疫浸润和免疫检查点表达水平

通过对儿童样本中7种类型免疫细胞的相对比例进行比较发现,CD8+ T细胞和巨噬细胞在PM样本中增加,而树突状细胞和Treg细胞在PM样本中减少,并通过免疫荧光染色进行验证。

为了进一步探索肿瘤免疫微环境,通过比对PB vs. 无复发PM(PM-NR)和PM-NR vs. 复发PM(PM-R)中免疫检查点蛋白的丰度发现,髓灰质炎病毒受体(PVR)和白介素10受体B(IL10RB)在最具侵袭性的PM-R组中显著水平较低,并未发现任何免疫检查点蛋白上调。

 

图5 儿童甲状腺结节的免疫浸润分析及免疫检查点表达水平


结果4:
PPTC预后预测模型的开发和个体化预后分层构建

使用Cox比例风险模型和随机生存森林算法,研究人员开发了五个预测模型。经过调整和交叉验证,发现基于蛋白质特征的模型(ProtRsf)具有最佳性能。

蛋白质互作网络分析显示,用于构建模型的19种蛋白质中有13种直接或间接相连,尤其是LGALS3作为中心蛋白在儿童甲状腺癌中发挥重要作用,其高表达可能与更高的复发风险相关联。

图6 PPTC基于蛋白质的预后预测模型构建

 

结果5:
基于蛋白质预测模型的准确率和个别误差原因分析

经评估,该模型预测复发的准确率高达88.24%,仅10例患者被错误分类,其中2例为假阴性,8例为假阳性。

2例复发假阴性患者的无复发生存时间(104和116个月)远超于中位随访时间(71个月),说明虽然这两例患者出现了复发,但术后至复发出现的时间很长,与其他复发患者相比有较好的预后,这可能是假阴性出现的原因。

而对于假阳性患者,随访时间(14、17、17、25、30、48、64和67个月)均短于中位随访时间,这意味着他们可能在未来出现复发,因此也建议这些患者术后仍需密切随访。

图7 预测模型的总体和个体化表现


总 结

该研究建立了一个基于蛋白质的预后预测模型,可针对儿童青少年甲状腺癌患者进行风险分层,为临床决策和个体化治疗提供参考。

另外,蛋白质组学具有高通量定量和微量取样的优势,后者使术前细针穿刺样本的临床应用成为可能。通过该研究模型,可能在术前对儿童青少年甲状腺乳头状癌患者进行复发高低风险分层,在手术过程中指导切除范围,在术后评估患者的预后,系统地制定个体化的诊治和随访策略。

中国医科大学附属第一医院甲状腺外科张浩教授、浙江大学医学院附属第一医院肝胆胰外科吴鸿昆研究员、西湖大学生命科学学院孙耀庭博士为本文的共同通讯作者。本文得到了国家重点研发计划、中国博士后科学基金、沈阳市科技计划项目以及辽宁省应用基础研究计划的支持。


文章链接:
https://www.nature.com/articles/s41467-024-47926-w

 

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