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蛋白質是細胞功能的執行者，蛋白互作網絡(Protein-Protein Interaction,PPI)通過蛋白之間的相互作用參與基因調節、基因表達、信號傳遞、代謝及週期調控等各個環節。在腫瘤惡化過程中，細胞中蛋白質互作網絡會發生改變，然而，目前並沒有針對這種變化的診斷工具。
近日，紀念斯隆·凱特琳癌症中心的研究人員建立了針對多蛋白複合物（epichaperome）治療癌症的精準醫學方法，並發表於《Cancer Cell》期刊上。研究人員利用靶向epichaperome藥物PU-H71的同位素實時成像，從單個病灶水平定量評估並優化了藥物劑量，為靶向蛋白互作網絡的精準醫學提供了臨床前和臨床研究範式。
細胞中一些相互作用的蛋白網絡在細胞中發揮著重要的功能，比如伴侶蛋白組(chaperome)，它是一個多種蛋白組成的蛋白家族，包含有分子伴侶(chaperone)、輔助伴侶、摺疊酶等。
多蛋白複合物（epichaperome），是伴侶蛋白組(chaperome)在應激狀態下形成的緊密且穩定的蛋白複合物，最初由該團隊於2016年發現並命名。
細胞中的一些蛋白如HSP90、HSP70、sHSPs、HSP60等可形成相互作用網絡，從而發揮重要的功能。正常細胞中這種蛋白互作網絡處於一種動態的狀態，即它們形成的複合物是瞬時的，網絡中大多蛋白依然是一個單獨的功能單位，或以小的複合體形式存在。在50%以上的腫瘤中，以HSP90和HSC70為核心的蛋白作用網絡不再處於動態狀態，相反，HSP90、HSP70與sHSPs、HSP60、AHA1、CDC37等數十種蛋白聚合在一起，形成一個穩定的整體——多蛋白複合物（epichaperome）。由於沒有了空間距離的限制，該複合物中的蛋白互作或許更加高效，進而幫助腫瘤細胞應對各種應激環境，促進腫瘤細胞的生存。
伴侶蛋白組(chaperome) 在應激狀態下(比如轉錄激活因子MYC)形成多蛋白複合物（epichaperome），並且epichaperome抑制劑可導致其死亡。
根據細胞中是否存在epichaperome，研究人員將腫瘤分為兩類，即epichaperome陽性腫瘤(I型)、epichaperome陰性腫瘤(II型)，而正常組織中則幾乎不表達epichaperome。
前期研究已經發現， HSP90抑制劑PU-H71對I型的陽性腫瘤殺傷效果更強，對II型的陰性腫瘤則幾乎沒有效果。研究人員認為I型腫瘤中以HSP90和HSC70為核心的蛋白作用網絡聯繫更緊密，如同多米諾骨牌，當其中一個核心環節斷裂，會導致整個網絡的崩塌。
I型腫瘤、II型腫瘤以及正常組織中蛋白互作網絡示意圖，epichaperome抑制劑PU-H71可在I型腫瘤中特異性富集(K0ffslow)，在II型腫瘤和正常組織中則不會富集(K0fffast)。
在50-70%的腫瘤中已經檢測到epichaperome的表達，而且與腫瘤類型無關，即與腫瘤發生部位、基因突變等無關。因此，建立基於epichaperome的腫瘤診斷和治療方法具有重要的意義。近日，該團隊又通過PU-H71的同位素實時成像，從單個病灶水平定量評估並優化了藥物劑量，為靶向epichaperome的腫瘤診斷和治療提供了範式。
由於epichaperome與HSP90和HSC70的基因表達水平無關，而且以HSP90和HSC70為核心的蛋白作用網絡只佔癌細胞chaperome的一小部分。為了對epichaperome進行檢測，研究人員採用了同位素標記的PU-H71探針。該探針可定量檢測epichaperome陽性的腫瘤，而且可以區分epichaperome和其它的chaperome。
首先，研究人員開展了體內和體外實驗和臨床試驗，以探索了腫瘤中PU-H71濃度(Tumor PK)與藥物效果(Tumor PD)的關係，從而確定最優的藥物劑量。
LC-MS/MS檢測癌症患者腫瘤和血漿中PU-H71濃度。(A)實驗方案。(B)不同劑量24h後患者腫瘤和血漿中PU-H71濃度。(C)不同劑量患者血漿中PU-H71濃度隨時間的變化曲線。(D)不同劑量患者血漿PU-H71的AUC值。
雖然對腫瘤中藥物濃度的靜態檢測有助於確定最優的藥物劑量，但不能確定藥物的使用間隔，而且從患者體內重複取樣是不可行的。因此，研究人員採用了PU-PET技術，即同位素標記的PU-H71探針。並在小鼠的MDA-MB-468 CDX腫瘤模型以及臨床上進行實時Tumor PK檢測。
PU-PET可在單病灶水平實時檢測PU-H71在Epichaperome陽性腫瘤中的動力學曲線。(A)小鼠MDA-MIB-468腫瘤模型實驗。(B) PU-PET的臨床試驗方案流程。(C-E)具有代表性的乳腺癌患者PET圖像。C為淋巴結，D為胸膜疾病，E為實體腫瘤。(F) 晚期癌症患者PU-H71的Tumor PK變化曲線。(G)肌肉組織、陰性腫瘤、陽性腫瘤的PU-PE圖像信號強度。
PU-PET提供了藥物在患者體內的實時變化，這種變化可以換算成腫瘤內實時的PU-H71濃度。因此，PU-H71 PET可非侵入性的實時定量檢測體內PU-H71濃度。在隨後開展的臨床研究中 ，研究人員證實了PU-PET可用來換算成PU-H71濃度。
PU-PET定量檢測PU-H71 Tumor PK。(A) 用PU-H71 Tumor PK來轉換為濃度的實驗方案設計。(B)腫瘤PU-H71放射性的時間變化曲線。(C)經公式換算後的腫瘤PU-H71濃度時間變化曲線。
由於PU-H71在表達epichaperome的腫瘤中可特異性富集，PU-PET方法可同時提供腫瘤中PU-H71的實時的定性和定量的信息。因此，研究人員認為，PU-PET或許可輔助提供個體化的藥物劑量方案。為了驗證這個想法，研究人員開發了一個數學模型，經過實驗驗證，該模型可模擬不同劑量條件下藥物穩態峰值。
PU-PET檢測產生的數據可評估最優劑量、給藥方案以及有效性。
目前，多個不同適應症的PU-H71的臨床試驗已經開展，該平臺通過PU-H71與PET技術的結合，為靶向epichaperome的治療提供了使用劑量和治療方案等數據。同時也為epichaperome抑制劑的開發提供了基本範式。
重要的是，該研究為一些靶向epichaperome的癌症精準醫療場景提供了可能，比如實時檢測患者單個腫瘤水平的epichaperome變化，以及定量檢測患者單個腫瘤水平的藥物變化水平。
參考文獻：
1.Chaperome heterogeneity and its implications for cancer study and treatment. 2019. Cancer Cell.
2.The epichaperome the power of many as the power of one. 2016.Oncoscience.
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