前列腺癌是男性泌尿生殖系统最常见的恶性肿瘤之一。前列腺癌的发病率在世界范围内差别很大，亚洲人的发病率远低于欧美人。2018年在美国，前列腺癌发病率位居男性所有恶性肿瘤的第一位，死亡率仅次于肺癌位于第二位。
前列腺癌是由不同的分子和组织学亚型组成的异质性疾病，包括前列腺腺癌（PrAd）和神经内分泌前列腺癌（NEPC），而PrAd是前列腺癌的主要组织学表现，NEPC可以从PrAd演变而来，即从上皮癌向神经分泌癌表型的转变。细胞表面标志物常常与特定细胞系和其分化状态有关。
近期，一项利用转录组学+蛋白质组学技术对一组不同亚型的前列腺癌细胞系进行了表面标志物筛选鉴定，进而寻找不同癌症亚型相关的细胞表面抗原的研究，为细胞免疫治疗晚期前列腺癌提供了理论依据。其相关文章发表在PNAS上，名为“Systemic surfaceome profiling identifies target antigens for immune-based therapy in subtypes of advanced prostate cancer”。
 
下面是文章解读：

研究材料
样本：1、不同亚型的前列腺癌细胞系：LNCaP,CWR22Rv；1DU145 (ATCC)；NCI-H660 (ATCC) ；LASCPC-01；NE1.3；NB120814；MSKCCEF1；MSKCC-CaP4。
2、组织和切片样本：前列腺疾病谱组织(US Biomax PR8011b)、正常人体组织 (US和LuCaP PDX模型组织。
研究技术：组学技术（转录组RNA-seq、生物素标记蛋白组学）及其他生化技术（免疫组化、流式细胞免疫技术等）

结果分析
1、两种前列腺癌亚型的细胞表面蛋白的基因表达水平比较
首先，利用生物信息学工具在公共数据库中提取已知的细胞表面蛋白（如图A）。然后，利用人类前列腺癌RNA测序(RNA-seq)数据和cDNA微阵列数据，对两类亚型的细胞表明蛋白进行秩相关性、GO功能富集等生物信息学分析。结果表明：NEPC和PrAd细胞表面抗原表达的显著差异与其肿瘤分化状态有关。 2、通过转录组分析初步鉴定前列腺癌细胞表面抗原
对转录组数据进行深入分析，以及整合数据库中的多个前列腺癌基因表达数据，筛选上述数据中共有的特征基因，进一部筛选可能的标志物。 3、通过蛋白组联合转录组学优化高可信的细胞表面标志物
基因和转录的分析结果，仅仅代表可能性。这些基因产物是否真的表达于细胞膜上，是否具有预测的特定表达模式和特征，都需要在蛋白水平上进行确认。因此，研究员进行了蛋白质组分析。为了特异性分析细胞表面蛋白，首先通过生物素对细胞表面进行了标记，然后对生物素结合的蛋白进行了蛋白质组检测。总共鉴定到1080个蛋白，其中45.6%被注释为细胞膜蛋白。通过对基因和蛋白表达水平进行相关性分析，发现NEPC细胞系中细胞表面差异表达基因与差异蛋白质在表达水平上的相关性最高。对差异基因和蛋白在转录组和蛋白组中通过RRHO analysis（Rank–rank hypergeometric heatmap）分析，根据综合排名，将转录表达水平和蛋白表达水平均排名均靠前的基因筛选出，作为候选细胞表面标志物。然后，采用免疫沉淀和免疫组化对候选的表面抗原进行验证，接着采用流式细胞免疫技术对细胞株的分子表达进行检测。 4、肿瘤抗原的表达水平验证
CEACAM5 是一种糖磷脂酰肌醇锚定的膜蛋白和肿瘤抗原，其表达主要与结肠癌、直肠癌和胰腺癌相关，本研究通过前期转录+蛋白联合分析，发现CEACAM5在NEPC高表达，将其确定为NEPC候选靶抗原。免疫组化结果表明：CEACAM5蛋白在雄激素敏感（n=13）PrAd PDXs和雄激素耐受PrAdPDXs（n=9）样本中均为检测到而在NEPPDXs(n=4)样本中高表达，再进一步，研究员扩大了验证样本，发现CEACAM5在14个良性前列腺组织和34个PrAd样本包括原发性和转移性前列腺癌中缺乏免疫活性。上述IHC验证研究表明，CEACAM5表达普遍存在于前列腺癌NEPC亚型中，并具有特异性。 5、活性实验评价CEACAM5的靶向治疗潜力
鉴于前期的研究结果，研究员试图检验CEACAM5靶向治疗NEPC的潜力。通过将基因工程改造的嵌合抗原（CEACAM5）受体T细胞即CAR-T细胞与靶标细胞NCI-H660共培养，发现上清中干扰素含量显著增加；80%-90%的NEPC细胞被杀伤。上述结果表明CEACAM5可作为靶点抗原，为进一步治疗神经内分泌前列腺癌NEPC提供了初步理论支持。 6、结果表明
FXYD3 and CEACAM5分别是前列腺腺癌（PrAd）和神经内分泌前列腺癌（NEPC）的细胞表面抗原，PrAd和NEPC的表面结构反映了癌症分化状态的异质性。由于神经内分泌前列腺癌（NEPC）缺乏有效的治疗措施，通过基因工程改造的靶向CEACAM5的嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）和细胞毒性实验，进一步证实了CEACAM5有望成为细胞免疫治疗的有效靶点。
 
该研究先对已有的基因组、转录组数据进行数据挖掘，初步筛选潜在抗原。然后结合蛋白质组的数据，进行进一步确认。再通过免疫组化、流式的方法确证候选抗原的表达特异性；最后进行体外活性的初步评价。

扩展
本文的亮点是蛋白质组与转录组的联合分析。转录组的数据可在前期实现很好的信息准备，但最终基因的表达水平和功能界定还是需要回到蛋白组的数据层面上。根据实验目的的不同，转录组+蛋白组联合分析的着眼点也不同。该研究希望通过特异性表达的来界定表面抗原，所以目标是挑选的转录和蛋白两个层面均显著表达的数据，更关注两个组学结果一致的部分。而如果关注于转录后调控研究，则更关注两个组学结果不一致的部分。转录组+蛋白组联合分析，目前最主要的分析切入角度之一，是将同一基因的转录产物和蛋白产物从表达水平，及功能水平上进行比对。