Gliome sind hoch heterogene Tumoren des zentralen Nervensystems (ZNS), die von Gliazellen stammen, strukturelle und metabolische Unterstützung für Neuronen1 bieten und histologisch in Subtypen eingeteilt werden: Astrozytome, Oligodendrogliome und Ependymome2. Nach dem WHO-Bewertungssystem sind die Gliomgrade I und II die niedriggradigen Gliome (LGG), die typischerweise durch langsame Wachstumsraten und potenzielle langfristige Stabilität gekennzeichnet sind und oft aufgrund der anatomischen Lage chirurgisch resektioniert werden können. Im Gegensatz dazu sind die Grade III und IV die hochgradigen Gliome (HGG), überwiegend undifferenziert und bösartig mit hochinvasivem Verhalten und schlechter Prognose3. Die aktuellen Behandlungen bleiben begrenzt und weitgehend wirkungslos; Während maximale sichere Resektion in Kombination mit postoperativer Strahlentherapie/Chemotherapie die Prognose mäßig verbessert, bestehen erhebliche Einschränkungen und Toxizitäten aufgrund des diffusen infiltrativen Wachstums der Tumore und undeutlicher Grenzen, die eine radikale Resektion verhindern 4,5. Humane Gliome, insbesondere hochgradige Gliome, sind hoch vaskuläre bösartige Tumore, deren Wachstum, Proliferation und Invasion stark von ihrer abnormen Neovaskularisation abhängen, was ein kritisches Merkmal der Gliommalignität 6,7 ist. Die gezielte Studie zur Tumorangiogenese hat bedeutende wissenschaftliche Qualitäten für therapeutische Durchbrüche.
Angiogenese umfasst im Wesentlichen die Proliferation, Migration und Differenzierung von Endothelzellen unter spezifischen Reizen, wobei sich die Forschung auf Regulatoren konzentriert: (i) Induktoren, darunter der vaskuläre endotheliale Wachstumsfaktor (VEGF)8, Vasorin (VASN)9, hypoxie-induzierender Faktor 1 (HIF1)10, transformierender Wachstumsfaktor β (TGF-β)11, Endocan12, thrombozytenabgeleiteter Wachstumsfaktor (PDGF)13 und epidermaler Wachstumsfaktor (EGF)14; und (ii) Inhibitoren, darunter Angiostatin15, Endostatin16, plättchenaktivierende Faktor-Rezeptor-1 (TSP-1)17 und Gewebeinhibitoren von Metalloproteinasen (TIMPs)18. In klinischen Studien zu Hirntumoren in Phase I/II/III zielen die meisten antiangiogenen Medikamente auf die VEGF-Signalübertragung ab, da sie eine zentrale Rolle bei der Angiogenese spielt, veranschaulicht durch Bevacizumab, einen monoklonalen Antikörper, der die Neovaskularisation durch die VEGF-Blockadehemmt. Allerdings zeigten neuere Phase-II/III-Studien keinen signifikanten Gesamtüberlebensvorteil für fortgeschrittene Glioblastom-Patienten, die Bevacizumab plus Lomustin erhielten, im Vergleich zu Lomustin allein 19,20,21,22. Entscheidend ist, dass die Anti-VEGF-Therapie die Gefäßauffälligkeiten verbessert, aber nur die Angiogenese ohne direkte Tumorzytotoxizität unterdrückt und eine Therapieresistenz hervorrufen kann. Folglich führt das Angreifen eines einzelnen oder weniger angiogenen Regulatoren nicht zu einer radikalen Heilung; Wirksame Strategien erfordern eine gleichzeitige Unterdrückung der Angiogenese sowie die Blockade von Tumorinvasion und Metastasen durch Gefäßwege. Der diagnostische und prognostische Wert von Proteinen bei Gliomen ist gut belegt, doch die Behandlung von bösartigen Gliomen hat über Jahrzehnte nur begrenzte Fortschritte erzielt.
Die Proteomik kann weltweit alle Proteine in biologischen Proben analysieren, einschließlich Expressionsprofile, posttranslationaler Modifikationen (PTMs) und Interaktionen, mit massenspektrometriebasierten (MS)-basierten Techniken, einschließlich Top-down- (TDP) und Bottom-up-(BUP)-Ansätzen. Hochdurchsatz-MS ermöglicht die Identifizierung von Zehntausenden von Proteinen pro Durchlauf, was sie für die Untersuchung von Tumormechanismen und die Identifizierung therapeutischer Ziele unerlässlich macht. Die Proteinhäufigkeit und ihre PTMs können in Gliomgeweben und Flüssigkeitsbiopsien wie Blut und dessen Derivaten23, 24, 25, Libramarkalflüssigkeit26 und Urin27 identifiziert werden. Bei der Tumorgefäße treiben abnormale Proteinexpressionen und PTMs pathologische Gefäßveränderungen voran. Die Proteinveränderungen bei der Neovaskularisation des Glioms können mit der Proteomik identifiziert werden, die die Entwicklung des Protokolls für eine zuverlässige proteomische Profilierung der Gliom-Neovaskularisation vorantreibt.
Neovaskuläre Gewebe sind jedoch nur eine der Komponenten des gesamten Gliomgewebes. Die Isolierung und Reinigung neovaskulärer Gewebe aus dem gesamten Gliomgewebe ist der entscheidende Schritt für eine genaue quantitative proteomische Analyse der Gliomangiogenese. Die Laser-Capture-Mikrodissektion (LCM)28,29,30,31 ist ein effektiver Ansatz, um neovaskuläres Gewebe aus vollständigen Gliomgeweben zu isolieren und zu reinigen. Es ist sehr schwierig, eine ausreichende Menge neovaskulärer Gewebeproteine für quantitative Proteomik zu erhalten. Im Jahr 2007 versuchte ein Forschungsteam, LCM zu verwenden, um neovaskuläres Gewebe von Grad-IV-Gliom für eine proteomische Analyse zu trennen, wobei nur vier Proteine mit MS32 identifiziert wurden. Anschließend wurde 2012 kontinuierlich LCM eingesetzt, um neovaskuläres Gewebe mit Grad-IV-Gliomen für quantitative Proteomik-Analysen anzureichern, wobei nur 29 Proteine mit MS33 identifiziert wurden. Diese beiden Proteom-Studien zur Proteomenese zeigen einen sehr niedrigen proteomischen Durchsatz bei der Gliomangiogenese, was die komplexe proteomische Landschaft der Gliomangiogenese nicht widerspiegeln kann.
Dieses Protokoll entwickelte ein Verfahren, das die Gewinnung ausreichender Mengen neovaskulärer Proteine für die quantitative proteomische Analyse der Gliomangiogenese ermöglicht und so eine großflächige proteomische Landschaft der Tumorangiogenese aufbaut. Dies hat erheblichen wissenschaftlichen Wert für die Entdeckung wirksamer, angiogenesebasierter Biomarker und therapeutischer Ziele/Medikamente gegen Angiogenese.