Протеомный анализ плазмы крови как инструмент для персонализированной диагностики аденокарциномы легкого

Введение. Рак легкого занимает 2-е место по частоте заболеваемости и 1-е место по смертности среди других онкологических патологий. Несмотря на значительный успех в диагностике и лечении опухолей, 5-летняя выживаемость при данной патологии на протяжении многих лет составляет всего 19 %, что в значительной степени связано с поздним выявлением заболевания. кроме того, развитие метастазов снижает показатели 5-летней выживаемости до 6 %.
Цель исследования – проанализировать протеом плазмы крови здоровых добровольцев и пациентов с аденокарциномой легкого (АКЛ) как одной из наиболее распространенных форм рака легкого для идентификации белков, являющихся потенциальными биомаркерами данной патологии и наличия отдаленных метастазов.
Материалы и методы. В исследование включены 30 здоровых добровольцев и 30 пациентов с диагностированной АКЛ. С применением жидкостной хроматографии и тандемной масс-спектрометрии в сочетании с методом мониторинга множественных реакций мы проанализировали представленность широкого спектра белков в плазме крови участников исследования. полученные данные оценены с помощью современных методов биологической статистики, в том числе с использованием алгоритмов машинного обучения.
Результаты. На основании результатов количественного анализа 118 белков плазмы крови в экспериментальных группах мы предложили панель из 12 значимых белков, являющихся специфическими маркерами АКЛ. Дополнительно идентифицированы 3 белка, позволяющие предсказывать наличие отдаленных метастазов у пациентов с АКЛ. классификаторы, построенные на основании данных панелей белков, позволяют различать пациентов с АКЛ и здоровых лиц, а также выявлять метастазы у больных АКЛ с чувствительностью и специфичностью более 90 %.
Заключение. полученные данные могут быть использованы для разработки новых тестов для скрининга АКЛ и прогнозирования исходов заболевания на основании протеома плазмы крови. после дополнительной валидации и внедрения в клиническую практику эти тесты будут способствовать ранней диагностике АКЛ и, как следствие, повышению выживаемости пациентов.

1. Thandra K.C., Barsouk A., Saginala K. et al. Epidemiology of lung cancer. Contemp Oncol (Pozn) 2021;25(1):45–52. DOI: 10.5114/wo.2021.103829

2. Siegel R.L., Giaquinto A.N., Jemal A. Cancer statistics, 2024. CA Cancer J Clin 2024;74(1):12–49. DOI: 10.3322/caac.21820

3. Юркова Ю.П., Мерабишвили В.М., Левченко Е.В. Эпидемиология и выживаемость больных раком легкого, влияние COVID-19 (клинико-популяционное исследование). Вопросы онкологии 2022;68(5):576–88. DOI: 10.37469/0507-3758-2022-68-5-576-588

4. Hammer M.M., Byrne S.C., Kong C.Y. Factors influencing the false positive rate in CT lung cancer screening. Acad Radiol 2022;29(Suppl 2):S18–22. DOI: 10.1016/j.acra.2020.07.040 5. Dai X., Shen L. Advances and trends in omics technology development. Front Med (Lausanne) 2022;9:911861. DOI: 10.3389/fmed.2022.911861

5. Baietto L., D’Avolio A., Ventimiglia G. et al. Development, validation, and routine application of a high-performance liquid chromatography method coupled with a single mass detector for quantification of itraconazole, voriconazole, and Posaconazole in human plasma. Antimicrob Agents Chemother 2010;54(8):3408–13. DOI: 10.1128/AAC.01807-09

6. Van Der Gugten J.G., Wong S., Holmes D.T. Quantitation of insulin analogues in serum using immunoaffinity extraction, liquid chromatography, and tandem mass spectrometry. Methods Mol Biol 2016;1378:119–30. DOI: 10.1007/978-1-4939-3182-8_14

7. Sepiashvili L., Kohlhagen M.C., Snyder M.R. et al. Direct detection of monoclonal free light chains in serum by use of immunoenrichment-coupled MALDI-TOF mass spectrometry. Clin Chem 2019;65(8):1015–22. DOI: 10.1373/clinchem.2018.299461

8. Jeong J.S., Kim S.K., Park S.R. Amino acid analysis of dried blood spots for diagnosis of phenylketonuria using capillary electrophoresis-mass spectrometry equipped with a sheathless electrospray ionization interface. Anal Bioanal Chem 2013;405(25):8063–72. DOI: 10.1007/s00216-013-6999-6

9. Banerjee S. Empowering clinical diagnostics with mass spectrometry. ACS Omega 2020;5(5):2041–8. DOI: 10.1021/acsomega.9b03764.

10. Lianidou E., Pantel K. Liquid biopsies. Genes Chromosomes Cancer 2019;58(4):219–32. DOI: 10.1002/gcc.22695

11. Heidrich I., Ackar L., Mossahebi Mohammadi P. et al. Liquid biopsies: potential and challenges. Int J Cancer 2021;148(3):528–45. DOI: 10.1002/ijc.33217

12. Kononikhin A.S., Starodubtseva N.L., Brzhozovskiy A.G. et al. Absolute quantitative targeted monitoring of potential plasma protein biomarkers: a pilot study on healthy individuals. Biomedicines 2024;12(10):2403. DOI: 10.3390/biomedicines12102403

13. De Groot P., Munden R.F. Lung cancer epidemiology, risk factors, and prevention. Radiol Clin North Am 2012;50(5):863–76. DOI: 10.1016/j.rcl.2012.06.006

14. Hoofnagle A.N., Becker J.O., Oda M.N. et al. Multiple-reaction monitoring-mass spectrometric assays can accurately measure the relative protein abundance in complex mixtures. Clin Chem 2012;58(4):777–81. DOI: 10.1373/clinchem.2011.173856

15. Bray F., Ferlay J., Soerjomataram I. et al. Global cancer statistics 2018: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA Cancer J Clin 2018;68(6):394–424. DOI: 10.3322/caac.21492

16. Revel M., Daugan M.V., Sautes-Fridman C. et al. Complement system: promoter or suppressor of cancer progression? Antibodies (Basel) 2020;9(4). DOI: 10.3390/antib9040057.

17. Kolev M., Das M., Gerber M. et al. Inside-out of complement in cancer. Front Immunol 2022;13:931273. DOI: 10.3389/fimmu.2022.931273

18. Radisky E.S. Extracellular proteolysis in cancer: proteases, substrates, and mechanisms in tumor progression and metastasis. J Biol Chem 2024;300(6):107347. DOI: 10.1016/j.jbc.2024.107347

19. Yamamoto M., Takahashi T., Serada S. et al. Overexpression of leucine-rich alpha2-glycoprotein-1 is a prognostic marker and enhances tumor migration in gastric cancer. Cancer Sci 2017;108(10):2052–60. DOI: 10.1111/cas.13329

20. Shinozaki E., Tanabe K., Akiyoshi T. et al. Serum leucine-rich alpha-2-glycoprotein-1 with fucosylated triantennary N-glycan: a novel colorectal cancer marker. BMC Cancer 2018;18(1):406. DOI: 10.1186/s12885-018-4252-6

21. Wei L.F., Weng X.F., Huang X.C. et al. IGFBP2 in cancer: pathological role and clinical significance (Review). Oncol Rep 2021;45(2):427–38. DOI: 10.3892/or.2020.7892

22. Arellano-Garcia M.E., Li R., Liu X. et al. Identification of tetranectin as a potential biomarker for metastatic oral cancer. Int J Mol Sci 2010;11(9):3106–21. DOI: 10.3390/ijms11093106

23. Mirzapoiazova T., Mambetsariev N., Lennon F.E. et al. HABP2 is a novel regulator of hyaluronan-mediated human lung cancer progression. Front Oncol 2015;5:164. DOI: 10.3389/fonc.2015.00164

24. Janciauskiene S., Wrenger S., Gunzel S. et al. Potential roles of acute phase proteins in cancer: why do cancer cells produce or take up exogenous acute phase protein alpha1-antitrypsin? Front Oncol 2021;11:622076. DOI: 10.3389/fonc.2021.622076

25. Zeng X., Hood B.L., Zhao T. et al. Lung cancer serum biomarker discovery using label-free liquid chromatography-tandem mass spectrometry. J Thorac Oncol 2011;6(4):725–34. DOI: 10.1097/JTO.0b013e31820c312e