蛋白質(zhì)是所有生命形式和生命活動(dòng)的主要載體和功能執(zhí)行者，蛋白質(zhì)科學(xué)既是當(dāng)代生命科學(xué)的前沿，也是生物技術(shù)與生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要源泉。“蛋白質(zhì)組研究計(jì)劃”作為四大基礎(chǔ)研究計(jì)劃之一，已被列入《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)》。日前，以“蛋白質(zhì)研究”為主題的第280次香山科學(xué)會(huì)議在北京舉行，來自國內(nèi)生命科學(xué)研究領(lǐng)域的多位專家，就我國未來蛋白質(zhì)組學(xué)研究的目標(biāo)和關(guān)鍵科學(xué)問題等進(jìn)行了研討。
相關(guān)研究方興未艾
組學(xué)：新時(shí)期尋求新突破.png)
中科院生物物理研究所、“IBP-清華-南開”結(jié)構(gòu)生物學(xué)聯(lián)合研究組饒子和院士在題為“蛋白質(zhì)研究展望”的主題報(bào)告中介紹說，生命體的生長發(fā)育、遺傳變異、認(rèn)知與行為、進(jìn)化與適應(yīng)性等一切生命科學(xué)問題的奧秘，都可以而且必須從蛋白質(zhì)及其與其他生物分子的相互作用中找到證據(jù)和答案。蛋白質(zhì)科學(xué)是研究生物體蛋白質(zhì)的時(shí)空分布、結(jié)構(gòu)、功能及其相互作用方式的科學(xué)，旨在揭示生命活動(dòng)的本質(zhì)和規(guī)律，是理解生命現(xiàn)象和開啟人類健康大門的金鑰匙。
北京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院何大澄教授介紹說，蛋白質(zhì)組學(xué)研究在過去的十年中取得了巨大的進(jìn)步，主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：一是技術(shù)發(fā)展快速，尤其是在定量質(zhì)譜、蛋白質(zhì)芯片技術(shù)、蛋白質(zhì)相互作用及復(fù)合物分析技術(shù)，以及相關(guān)數(shù)據(jù)庫和分析軟件等方面尤為顯著；二是大量研究數(shù)據(jù)呈幾何級(jí)數(shù)增加；三是研究正在從蛋白表達(dá)種類與數(shù)量譜向功能譜研究的轉(zhuǎn)移，如疾病標(biāo)志蛋白的研究目前正得到空前廣泛的關(guān)注與開展，同時(shí)許多有影響的實(shí)驗(yàn)室已從開發(fā)技術(shù)和積累數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)向?qū)で髮?duì)生命科學(xué)問題的解決。
復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院楊芃原研究員在“疾病分子標(biāo)記物和藥靶的功能蛋白質(zhì)組學(xué)”的主題報(bào)告中，將國內(nèi)外蛋白質(zhì)組學(xué)研究動(dòng)態(tài)的基本特點(diǎn)歸納為：生命科學(xué)前沿研究的發(fā)展和蛋白質(zhì)組學(xué)新技術(shù)的涌現(xiàn)，使蛋白質(zhì)組學(xué)的研究進(jìn)入了可以規(guī)?；屯炕匮芯抗δ艿鞍踪|(zhì)組的新時(shí)期，并正在重大疾病的研究中起到十分重要的作用。在疾病研究方面，目前國內(nèi)外也正積極采用蛋白質(zhì)組方法對(duì)心血管疾病等進(jìn)行研究。隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)在癌癥研究中的廣泛應(yīng)用，癌癥的發(fā)生機(jī)制正在逐漸被揭示。癌癥的早期診斷和早期治療呼喚靈敏、特異的腫瘤標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)，研究癌癥相關(guān)蛋白的修飾由于可能導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)新的特異抗癌藥物靶蛋白而備受關(guān)注。
研究技術(shù)面臨新挑戰(zhàn)
楊芃原研究員說，“十五”期間以及更早時(shí)期，我國對(duì)中國人類疾病(如肝病特別是肝炎和肝癌疾病)的研究給予了高度的關(guān)注，這些研究從一個(gè)側(cè)面揭示了疾病發(fā)生和發(fā)展的機(jī)制以及疾病防、診、治的分子標(biāo)記物和藥物靶標(biāo)。但是，以肝臟疾病為例，由于肝臟疾病問題的復(fù)雜性和目前研究手段的不夠完善，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，不同實(shí)驗(yàn)室用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)尋找到的肝臟疾病的分子標(biāo)記物和藥物靶標(biāo)還有較大的差異；同時(shí)，用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)的分子標(biāo)記物和藥物靶標(biāo)，和用基因組學(xué)技術(shù)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)的也有較大的離散性。直到現(xiàn)在，國內(nèi)外科學(xué)家對(duì)這種離散性尚沒有一個(gè)很好的解釋。
楊芃原研究員說，目前科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的技術(shù)只能分析和鑒定約l/3的高豐度和中豐度蛋白質(zhì)，低豐度蛋白質(zhì)的分離和鑒定仍然是一個(gè)艱巨的任務(wù)。因此，今后幾年低豐度蛋白質(zhì)的分離與鑒定新技術(shù)將是蛋白質(zhì)組學(xué)研究的一個(gè)重要內(nèi)容。何大澄教授認(rèn)為，蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)上始終存在突出的難點(diǎn)包括對(duì)微量蛋白的檢測(cè)、對(duì)大量獲得初步鑒定的蛋白在生物學(xué)上的確認(rèn)等，而對(duì)生物活性小肽和不同轉(zhuǎn)錄本的檢測(cè)等，則是該技術(shù)所面臨的新挑戰(zhàn)。
著眼于解決關(guān)鍵問題
饒子和院士強(qiáng)調(diào)，后基因組時(shí)代的蛋白質(zhì)科學(xué)研究呈現(xiàn)出規(guī)?；奶攸c(diǎn)，對(duì)蛋白質(zhì)的研究需要整合多角度、多層次的研究信息并相互印證、互為補(bǔ)充。美國、英國和日本等發(fā)達(dá)國家積極面對(duì)后基因組時(shí)代生命科學(xué)規(guī)?；?、集成化的挑戰(zhàn)，紛紛啟動(dòng)了生命科學(xué)領(lǐng)域的大科學(xué)計(jì)劃、籌建大規(guī)?；?qū)I(yè)研究中心，并加強(qiáng)統(tǒng)籌規(guī)劃、加大投資力度。
對(duì)即將實(shí)施的我國“蛋白質(zhì)組研究計(jì)劃”，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院副院長、北京蛋白質(zhì)組研究中心賀福初院士認(rèn)為，應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn)基礎(chǔ)科學(xué)問題包括：一是“人類基因組”、“水稻基因組”等的系統(tǒng)注解、破譯，對(duì)應(yīng)蛋白質(zhì)組的建立，繪制其蛋白質(zhì)“全組分譜”等；二是對(duì)人類、水稻等重要生物蛋白質(zhì)作用網(wǎng)絡(luò)及重要病原體與宿主相互作用網(wǎng)絡(luò)等的結(jié)構(gòu)及其組裝、遷移、識(shí)別、調(diào)控規(guī)律的系統(tǒng)揭示；三是對(duì)具重要生理功能或重大病理意義的微生物、細(xì)胞、組織器官、系統(tǒng)中，蛋白質(zhì)組及蛋白質(zhì)作用網(wǎng)絡(luò)的生物學(xué)功能的認(rèn)識(shí)；四是生物信息學(xué)等系統(tǒng)生物學(xué)理論與技術(shù)體系的建立；五是人類重大疾病、作物重要農(nóng)藝性狀與重要微生物等的分子標(biāo)志及藥物、疫苗、診斷與作物、工業(yè)微生物改良等系列靶標(biāo)的規(guī)模篩查與確認(rèn)；六是突破制約蛋白質(zhì)科學(xué)發(fā)展的技術(shù)瓶頸，培育一批生產(chǎn)尖端蛋白質(zhì)組研究設(shè)備與產(chǎn)品并能占領(lǐng)國際市場(chǎng)的高技術(shù)企業(yè)。
“十一五”期間我國疾病蛋白質(zhì)組研究將如何實(shí)施呢？楊芃原研究員說，“十一五”期間“重要疾病分子標(biāo)記物和藥靶的功能蛋白質(zhì)組學(xué)”研究要解決如下關(guān)鍵問題：一是高豐度背景下的低豐度蛋白質(zhì)的高效分離與富集和特效鑒定與分析的問題、規(guī)?；鞍踪|(zhì)后修飾譜的選擇性鑒定和結(jié)構(gòu)分析問題、通量化蛋白質(zhì)相互作用和連鎖圖以及功能驗(yàn)證的研究問題等；二是重大疾病(如肝炎、肝癌)分子標(biāo)記物和藥物靶標(biāo)的深層次的發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證問題，解決如何對(duì)蛋白質(zhì)組學(xué)發(fā)現(xiàn)的潛在分子標(biāo)記物和藥物靶標(biāo)，用功能蛋白質(zhì)組學(xué)的技術(shù)和方法，加以規(guī)?；⑼炕卮_認(rèn)和驗(yàn)證問題；三是如何用生物信息學(xué)比較組學(xué)的手段和系統(tǒng)生物學(xué)的手段，對(duì)功能蛋白質(zhì)組學(xué)驗(yàn)證的分子標(biāo)記物和藥物靶標(biāo)進(jìn)行再分析和驗(yàn)證的問題，確實(shí)為疾病的防、診、治提供可靠的分子標(biāo)記物和藥物靶標(biāo)；四是針對(duì)藥靶開展藥物蛋白質(zhì)組學(xué)的研究，篩選潛在的藥物。
期刊：Cell；影響因子：38.637 ?
發(fā)表單位：休斯敦貝勒醫(yī)學(xué)院
?腫瘤與正常組織之間的蛋白質(zhì)組差異對(duì)于癌癥生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)至關(guān)重要，但尚未在大型結(jié)腸癌腫瘤隊(duì)列中進(jìn)行系統(tǒng)表征。在這篇《Cell》文章中，報(bào)道了110例結(jié)腸癌患者的遺傳、蛋白質(zhì)組學(xué)和磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)的綜合信息。通過比較分析和多組學(xué)數(shù)據(jù)的整合，發(fā)現(xiàn)了許多新的生物標(biāo)志物和藥物靶標(biāo)，以推進(jìn)精確治療。
?這篇文章為我們展現(xiàn)了多維組學(xué)服務(wù)于臨床治療的巨大潛力，并強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)整合多組學(xué)分析能夠揭示僅通過基因組評(píng)估無法獲得的潛在臨床價(jià)值。特別是，蛋白質(zhì)組學(xué)能夠發(fā)現(xiàn)基因組學(xué)不能發(fā)現(xiàn)的治療靶點(diǎn)和致病機(jī)制，是需要臨床疾病研究重要的前進(jìn)方向。
?對(duì)前瞻性收集的結(jié)腸癌隊(duì)列進(jìn)行了首次蛋白質(zhì)組學(xué)研究。對(duì)配對(duì)的腫瘤和正常相鄰組織進(jìn)行的蛋白質(zhì)組和磷酸化蛋白質(zhì)組分析比較，得出了與結(jié)腸癌相關(guān)的蛋白質(zhì)和磷酸位點(diǎn)，包括已知和推定的新生物標(biāo)記、藥物靶標(biāo)以及癌癥/睪丸抗原。蛋白質(zhì)組整合不僅將基因組推斷的靶標(biāo)（例如拷貝數(shù)驅(qū)動(dòng)器和突變衍生的新抗原）確定為優(yōu)先事項(xiàng)，而且還產(chǎn)生了新發(fā)現(xiàn)。磷酸蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)將Rb磷酸化與結(jié)腸癌的增殖增加和凋亡減少相關(guān)聯(lián)，這解釋了為什么這種經(jīng)典的抑癌基因在結(jié)腸腫瘤中被擴(kuò)增，并為在結(jié)腸癌中靶向Rb磷酸化提供了理論依據(jù)。蛋白質(zhì)組學(xué)確定了在高度微衛(wèi)星不穩(wěn)定性（MSI-H）腫瘤中CD8 T細(xì)胞浸潤減少和糖酵解增加之間的關(guān)聯(lián)，這表明糖酵解是克服MSI-H腫瘤對(duì)免疫檢查點(diǎn)封鎖抵抗的潛在目標(biāo)。蛋白質(zhì)組學(xué)為生物學(xué)發(fā)現(xiàn)和治療發(fā)展提供了新途徑。
結(jié)腸癌相關(guān)蛋白和磷酸化位點(diǎn)的系統(tǒng)鑒定；
蛋白質(zhì)組學(xué)支持的新抗原和78％的腫瘤中的癌癥/睪丸抗原；
Rb磷酸化是結(jié)腸癌的致癌驅(qū)動(dòng)力和可能的靶標(biāo)；
糖酵解抑制可能使MSI腫瘤對(duì)檢查點(diǎn)封鎖更敏感。
?第一部分是樣本整體概述。收集了110例結(jié)腸癌患者的腫瘤標(biāo)本、配對(duì)的正常相鄰組織（NAT）和血液樣本，進(jìn)行了全外顯子測(cè)序、拷貝數(shù)陣列、RNA-Seq、miRNA-Seq、蛋白質(zhì)組學(xué)和磷酸蛋白組學(xué)分析。與TCGA隊(duì)列結(jié)腸腫瘤相比，mRNA表達(dá)譜高度相關(guān)，蛋白組的主成分分析顯示腫瘤和NAT的有效區(qū)分。證實(shí)蛋白質(zhì)組學(xué)在評(píng)估基因功能方面的附加價(jià)值。
?首先描述了樣本的體細(xì)胞突變特征和微衛(wèi)星不穩(wěn)定性，并根據(jù)突變頻譜區(qū)分患者亞群以及鑒定顯著突變基因。隨后對(duì)基因突變與蛋白組的關(guān)聯(lián)進(jìn)行了分析，揭示一些高協(xié)同的基因。APC中的終止和移碼突變導(dǎo)致無義的mRNA衰變或蛋白被截?cái)啵琓GFBR2中移碼突變導(dǎo)致磷酸位點(diǎn)TGFBR2-S553的豐度降低了。高遷移率組（HMG）轉(zhuǎn)錄因子SOX9蛋白水平明顯過表達(dá)，大多數(shù)截短突變都發(fā)生在HMG-box域的下游和進(jìn)化保守的泛素靶位點(diǎn)K398的上游，通過截短的突變?nèi)コ齂398泛素化位點(diǎn)可以穩(wěn)定SOX9蛋白并增加蛋白豐度，支持SOX9在原代CRC細(xì)胞中的致癌作用而非腫瘤抑制作用。
?該部分主要通過體細(xì)胞突變分析尋找并描述結(jié)腸癌中顯著突變基因的特征，以及聯(lián)系突變位點(diǎn)和蛋白表達(dá)和磷酸化水平的變化提示僅憑突變無法預(yù)測(cè)蛋白功能復(fù)雜性。
?進(jìn)行體細(xì)胞拷貝數(shù)改變（SCNA）分析，確定了與TCGA隊(duì)列非常相似的臂級(jí)SCNA，包括1q、7p/q、8p/q、13q和20p/q的擴(kuò)增，以及1p、14q、15q、17p/q、18p/q和22q的缺失。隊(duì)列中發(fā)現(xiàn)了先前大量報(bào)道的SCNA，第20號(hào)染色體（20p12.1、20q13.12、20q13.13）和第18號(hào)染色體（18q21.2）中分別包含最頻繁擴(kuò)增和缺失的焦點(diǎn)區(qū)域，還確定了18q局灶性缺失區(qū)域中的著名腫瘤抑制物SMAD4。SCNA與mRNA和蛋白質(zhì)豐度的相關(guān)性比蛋白質(zhì)豐度更強(qiáng)。SCNA基因和顯著突變基因顯著富集的術(shù)語包括細(xì)胞增殖、細(xì)胞死亡、Hippo信號(hào)通路。位于整個(gè)基因組不同局灶性缺失區(qū)域的六個(gè)基因富集了內(nèi)吞作用，表明多個(gè)缺失事件會(huì)收斂以抑制內(nèi)吞途徑，這可能使腫瘤獲得生長信號(hào)的自給自足。
?繼續(xù)描述基因組全局的拷貝數(shù)變異特征，并討論了拷貝數(shù)變異區(qū)域中的一些重要基因，及對(duì)拷貝數(shù)擴(kuò)增和或缺失水平、mRNA和蛋白豐度作了關(guān)聯(lián)。結(jié)合富集分析闡述突變基因或擴(kuò)增/缺失基因參與的通路激活或抑制是否與腫瘤信號(hào)有關(guān)。
?成視網(wǎng)膜細(xì)胞瘤（RB1）基因的蛋白（Rb）是一種腫瘤抑制因子，Rb的丟失會(huì)通過消除細(xì)胞增殖的阻礙而促進(jìn)細(xì)胞不良行為并促進(jìn)癌變。然而在結(jié)腸癌中，發(fā)現(xiàn)Rb的擴(kuò)增和過度表達(dá)與其在其它癌癥中的頻繁突變和缺失相矛盾，值得深思。通過觀察Rb的磷酸化，發(fā)現(xiàn)即使細(xì)胞中有更多的RB1拷貝或表達(dá)水平，但Rb蛋白由于被高度磷酸化而失活，這種構(gòu)型使其不像腫瘤抑制因子一樣起作用。
?抑癌基因RB1由于同時(shí)的高度磷酸化而失活，因此高拷貝或高豐度并未表現(xiàn)出抑癌功能，蛋白組和磷酸化聯(lián)合分析顛覆了單一基因組或蛋白組學(xué)的一般推論，這是多組學(xué)分析優(yōu)勢(shì)所在。
?作者分析了腫瘤和正常組織之間的差異蛋白，并將分析的重點(diǎn)放在腫瘤中升高了2倍以上的31種蛋白上，這些蛋白被定義為結(jié)腸癌相關(guān)蛋白。這31種蛋白質(zhì)與人類分泌蛋白、膜蛋白質(zhì)組和酶相關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)這些蛋白質(zhì)中有15種具有臨床實(shí)用性，可作為診斷標(biāo)志物、結(jié)果標(biāo)志物或治療靶標(biāo)，包括臨床實(shí)踐中使用最廣泛的CRC標(biāo)志物CEACAM5。還根據(jù)磷酸化位點(diǎn)豐度的差異，定位了與癌癥相關(guān)的50種蛋白質(zhì)的63個(gè)磷酸位點(diǎn)，其中4種符合與癌癥相關(guān)的蛋白質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。蛋白質(zhì)組學(xué)和磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)的互補(bǔ)提示可尋找基因組研究中遺漏的結(jié)腸癌基因。激酶底物富集分析鑒定了4種激酶，除了已知的藥物靶向激酶CDK、MELK和PFKFB3外，激酶PI4KB作為新的候選治療靶點(diǎn)可能值得進(jìn)一步研究。
?該部分集中在蛋白組，通過傳統(tǒng)的差異分析、功能富集等比較并鑒定了結(jié)腸癌腫瘤中的標(biāo)志物蛋白和磷酸位點(diǎn)。通過進(jìn)一步聯(lián)系已知的藥物研究，提供了潛在的治療靶點(diǎn)。
?綜合考慮轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組以及MSI分型各因素占比，總結(jié)得三個(gè)新的結(jié)腸癌分子亞型特征，并根據(jù)其將結(jié)腸癌病人分為四個(gè)亞型，且對(duì)每個(gè)亞型的特征展開研究。其中CIN亞型的腫瘤顯示出更高的染色體不穩(wěn)定性。許多miRNA和磷酸位標(biāo)記與亞型特異性特征具有已知關(guān)系，包括在MSI亞型中miR-552、miR-592和miR-181d的表達(dá)降低，在間充質(zhì)亞型中miR-200家族的表達(dá)降低， MSI和間充質(zhì)亞型中STAT1和STAT3的磷酸化水平分別升高。CIN亞型中RB1的拷貝數(shù)更高，且Rb-S811和S807顯著增加，并進(jìn)一步表明CDK2抑制在CIN亞型中可能是最有效的。管MSI和間充質(zhì)亞型均比CIN亞型具有更高的免疫浸潤性，但MSI亞型特別富含細(xì)胞毒性免疫細(xì)胞。MSI亞型中的糖酵解酶廣泛增加，揭示了蛋白質(zhì)水平的適應(yīng)性在MSI亞型中產(chǎn)生了強(qiáng)烈的Warburg效應(yīng)，并建議將檢查點(diǎn)和糖酵解抑制相結(jié)合的治療可能為治療對(duì)檢查點(diǎn)封鎖有抵抗力的MSI腫瘤提供有效的策略。
?最后是腫瘤分子亞型及其特征分析，這在大規(guī)模腫瘤組學(xué)研究中是必不可少的，以試圖為不同亞型的患者制定更合適的靶向治療方案提供線索。
?本篇研究對(duì)人類結(jié)腸癌進(jìn)行了前所未有的分子表征，證實(shí)了蛋白質(zhì)組學(xué)整合在揭示新型癌癥生物學(xué)中的價(jià)值，并進(jìn)一步證明了蛋白質(zhì)組學(xué)在治療假說產(chǎn)生中的實(shí)用性。
?除了加強(qiáng)或補(bǔ)充基因組數(shù)據(jù)外，蛋白質(zhì)組學(xué)整合還可糾正基于基因組數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確推論，并帶來意想不到的發(fā)現(xiàn)和治療機(jī)會(huì)。一個(gè)例子是蛋白質(zhì)組學(xué)將SOX9鑒定為致癌基因，而根據(jù)體細(xì)胞突變數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)它是一種腫瘤抑制因子。另一個(gè)例子是磷酸蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)使Rb磷酸化成為結(jié)腸癌的致癌驅(qū)動(dòng)因素，這表明通過CDK2抑制靶向結(jié)腸癌中Rb磷酸化的獨(dú)特機(jī)會(huì)。
?基于多組學(xué)的亞型分析提供了基于三種UMS亞型（即MSI、CIN和間充質(zhì)）的結(jié)腸癌分子異質(zhì)性的統(tǒng)一視圖。蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)將MSI腫瘤中CD8浸潤減少與糖酵解增加相關(guān)聯(lián)，這支持了新出現(xiàn)的觀點(diǎn)，即腫瘤糖酵解增加會(huì)損害T細(xì)胞功能并增加腫瘤微環(huán)境來抑制抗腫瘤免疫力，因此可以考慮通過糖酵解抑制來克服MSI腫瘤對(duì)免疫檢查點(diǎn)封鎖的抵抗力。
?綜合蛋白質(zhì)組學(xué)表征揭示了靶向結(jié)腸癌治療中信號(hào)蛋白、代謝酶和腫瘤抗原的新治療機(jī)會(huì)。盡管這些治療假說的驗(yàn)證不在當(dāng)前研究的范圍之內(nèi)，但這些新假說最終可能使結(jié)腸癌的分子指導(dǎo)精確治療取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。
2022年2月15日，非因生物以第一作者和通訊單位、聯(lián)合美國紐約圣約翰大學(xué)陳哲生教授等在《Molecular Cancer》雜志上（ IF：27.401 ）發(fā)表了題為“Proteomics technologies for cancer liquid biopsies”的綜述性文章，回顧了包括RPPA在內(nèi)的多種高通量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在腫瘤液體活檢中的研究進(jìn)展及臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用策略。
本文簡要介紹了能夠從液體活檢樣本中同時(shí)檢測(cè)至少數(shù)百種蛋白質(zhì)的高內(nèi)涵蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)原理（圖1），包括：RPPA反相蛋白微陣列技術(shù)（非因生物提供）、質(zhì)譜技術(shù)、抗原/抗體陣列技術(shù)、基于核酸適配體（Aptamer）的檢測(cè)技術(shù)和鄰位延伸技術(shù)（PEA），并比較了上述各技術(shù)的優(yōu)劣勢(shì)（表1，嫌長不看也要看的表），同時(shí)介紹了各技術(shù)在癌癥液體活檢研究領(lǐng)域和臨床轉(zhuǎn)化方向的應(yīng)用進(jìn)展。（ 原文鏈接：https://doi.org/10.1186/s12943-022-01526-8 ）
蛋白組學(xué)液態(tài)活檢生物標(biāo)志物研究背景
與腫瘤診斷的“金標(biāo)準(zhǔn)”組織活檢相比，液體活檢可通過最小入侵方式獲得檢測(cè)樣本，同時(shí)克服異質(zhì)性，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。目前用于液體活檢的體液主要為血液和尿液，但理論上，液體活檢適用于任何人體內(nèi)循環(huán)或其他人體相關(guān)的液體（圖2）。作為大多數(shù)細(xì)胞功能的直接執(zhí)行者和當(dāng)前大多數(shù)癌癥治療中的直接藥物靶標(biāo)，多重蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)的分析，可能會(huì)在癌癥進(jìn)展的所有階段實(shí)時(shí)提供更加寶貴的臨床相關(guān)信息。液體活檢樣本中的蛋白質(zhì)組具有巨大復(fù)雜性，如蛋白質(zhì)豐度和翻譯后修飾持續(xù)且快速的變化，同時(shí)蛋白質(zhì)組技術(shù)與高度復(fù)雜的測(cè)序技術(shù)相比仍存在一定局限性，導(dǎo)致蛋白質(zhì)組學(xué)的探究仍然落后于基因組技術(shù)，且目前臨床轉(zhuǎn)化效率極低，僅通過40多個(gè)基于液體活檢的蛋白組生物標(biāo)志物。因此，迫切需要新的蛋白質(zhì)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)在癌癥液體活檢中發(fā)現(xiàn)生物標(biāo)志物的目標(biāo)。
各技術(shù)比對(duì)
一、質(zhì)譜技術(shù)（MS）
由于體液樣本中蛋白的復(fù)雜性，現(xiàn)代質(zhì)譜技術(shù)通過不斷優(yōu)化樣本制備方法、開發(fā)蛋白定量技術(shù)以及改變質(zhì)譜掃描模式來提高檢測(cè)精度。質(zhì)譜法無需假設(shè)驅(qū)動(dòng)，可以無偏倚地對(duì)樣本中的蛋白進(jìn)行掃描，因此可作為癌癥體液樣本早期生物標(biāo)志物發(fā)掘的首選方法。目前基于質(zhì)譜的生物標(biāo)志物策略主要有：（1）在發(fā)現(xiàn)、核實(shí)、驗(yàn)證三個(gè)階段，樣本數(shù)量遞增，而檢測(cè)蛋白范圍逐漸縮小的 “三角策略” ；（2）在發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證階段均用“鳥槍法”在大樣本隊(duì)列檢測(cè)盡可能多的蛋白，平行分析顯示共同顯著差異的蛋白可作為準(zhǔn)生物標(biāo)志物的 “矩形策略” 。目前基于質(zhì)譜的液體活檢已應(yīng)用于卵巢癌、泌尿系統(tǒng)癌癥、結(jié)直腸癌等多種癌癥。但如想將質(zhì)譜應(yīng)用于廣泛的臨床試驗(yàn)，還需簡化和標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)流程、提高檢測(cè)的通量、精度和魯棒性，并突破對(duì)翻譯后修飾蛋白的檢測(cè)局限性。
二、抗原/抗體陣列技術(shù)
抗體陣列 是將特異性抗體固定到帶有修飾的平面基質(zhì)上，通過熒光、化學(xué)發(fā)光或寡核苷酸標(biāo)記的方式對(duì)樣本進(jìn)行多重靶標(biāo)（通常為幾百種）檢測(cè)的方式。適用于血清學(xué)分析，如腫瘤相關(guān)的低豐度分泌蛋白的檢測(cè)。但受到檢測(cè)通量、檢測(cè)動(dòng)態(tài)范圍、以及批次效應(yīng)和信號(hào)飽和度、定量精確度的限制，抗體陣列僅可作為基于體液的蛋白組學(xué)分析的方法學(xué)之一。 抗原陣列 又稱功能蛋白陣列，可作為抗原檢測(cè)平臺(tái)來檢測(cè)抗體組成的細(xì)微變化，其早期熱點(diǎn)應(yīng)用是通過血清自身抗體（AAB）來進(jìn)行生物標(biāo)志物的研究。最全面的人類抗原陣列覆蓋超過81%的蛋白，是血液蛋白全景分析的強(qiáng)有力的工具。但抗原陣列的靶點(diǎn)擴(kuò)展、可重復(fù)性、批次效應(yīng)和高昂的成本，仍使抗原陣列的應(yīng)用有所局限。
三、基于適體的檢測(cè)
SOMAscan是目前高通量蛋白組檢測(cè)的“新貴”工具，基于能夠與不同蛋白質(zhì)進(jìn)行緊密結(jié)合的慢速率修飾的蛋白質(zhì)適體（SOMAmer）進(jìn)行檢測(cè)。SOMAmer是寡核苷酸配體，結(jié)合上可光解的接頭或熒光標(biāo)簽，通過構(gòu)象識(shí)別與待測(cè)靶標(biāo)結(jié)合，經(jīng)生物素介導(dǎo)的純化后，紫外光照射洗脫SOMAmers，并對(duì)其進(jìn)行表征和定量已反應(yīng)待測(cè)樣本內(nèi)的蛋白豐度。該方法具有超高特異性和親和力，以及較低的批次間差異，目前可平行分析7000+種蛋白質(zhì)，在結(jié)直腸癌和非小細(xì)胞肺癌的臨床相關(guān)的生物標(biāo)志物篩選中起到關(guān)鍵作用。但與抗體檢測(cè)相比，現(xiàn)階段可供研究使用的適體種類有限，尤其是翻譯后修飾蛋白為導(dǎo)向的適體開發(fā)仍處于初期階段。同時(shí)由于適配體對(duì)抗原決定簇的超高親和力，在蛋白標(biāo)志物研究的進(jìn)程中會(huì)受到大量信號(hào)干擾，影響檢測(cè)準(zhǔn)確度。
四、鄰位延伸技術(shù)（PEA）
PEA結(jié)合了基于抗體的免疫分析（ELISA）和PCR或二代測(cè)序（NGS）技術(shù)，與質(zhì)譜檢測(cè)相比，實(shí)現(xiàn)了用更低的樣本量檢測(cè)更廣泛的動(dòng)態(tài)范圍，高靈敏、高準(zhǔn)確、可重復(fù)且高保真識(shí)別。最先進(jìn)的PEA檢測(cè)目前由Olink商業(yè)化，可對(duì)3072個(gè)靶標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量。PEA首次應(yīng)用于結(jié)直腸癌血液預(yù)后標(biāo)志物的鑒定，后續(xù)應(yīng)用于卵巢癌、前列腺癌等癌種的早期檢測(cè)、伴隨診斷和疾病監(jiān)測(cè)。PEA檢測(cè)與讀取方式（qPCR、NGS）相關(guān)，當(dāng)進(jìn)行大隊(duì)列樣本分析時(shí)，仍需考慮實(shí)驗(yàn)誤差和批次效應(yīng)，其次翻譯后修飾蛋白的研究對(duì)于抗體對(duì)開發(fā)具有很大瓶頸，對(duì)其捕獲受到一定限制。
五、反相蛋白微陣列技術(shù)（RPPA）
RPPA起源于20年前，是將完全變性的蛋白裂解液固定在特殊載玻片上，通常每種裂解液會(huì)進(jìn)行濃度梯度稀釋，接下來用驗(yàn)證好的高度特異性的抗體孵育點(diǎn)樣后的載玻片，通過信號(hào)放大化學(xué)顯色或熒光檢測(cè)捕獲定量信息（圖3）。RPPA可廣泛應(yīng)用于幾百到超過一千個(gè)大樣本的超穩(wěn)健平行分析，定量精準(zhǔn)，可對(duì)500+種細(xì)胞表面受體蛋白、細(xì)胞信號(hào)關(guān)鍵蛋白及蛋白修飾（磷酸化、乙?；?、甲基化等）、蛋白酶類、轉(zhuǎn)錄因子等各類代表性靶標(biāo)進(jìn)行分門別類的系統(tǒng)深度檢測(cè)，包括直接和間接的上下游蛋白網(wǎng)絡(luò)分析。基于以上特征，RPPA廣泛應(yīng)用于癌癥基因組圖譜項(xiàng)目（TCGA），其公共數(shù)據(jù)集可在線獲?。═CPA，http://tcpaportal.org）。RPPA由于其最小的批次差異，可以作為蛋白質(zhì)生物標(biāo)志物驗(yàn)證的強(qiáng)大工具，并已成功應(yīng)用于肺癌的新型生物標(biāo)志物驗(yàn)證。另外，對(duì)外泌體蛋白的檢測(cè)也成為RPPA在癌癥液體活檢中的另一項(xiàng)熱點(diǎn)應(yīng)用。 非因生物在國內(nèi)搭建了基于MD安德森金標(biāo)準(zhǔn)的RPPA分析技術(shù)平臺(tái)，先期完成了一系列工作流程的開發(fā)、驗(yàn)證及優(yōu)化，不斷擴(kuò)展抗體庫，并且建立了完備的生信分析體系。幫助國內(nèi)科研，臨床及工作者及廣大藥物研發(fā)相關(guān)用戶快速高效開展疾病，尤其是腫瘤相關(guān)信號(hào)通路全景分析、分子機(jī)理挖掘、腫瘤相關(guān)藥理學(xué)研究及靶向藥物開發(fā)。RPPA復(fù)雜的技術(shù)流程和嚴(yán)格的抗體篩選過程將不再成為國內(nèi)科研工作者的開展基礎(chǔ)和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究的絆腳石。（點(diǎn)擊下方“閱讀原文”，了解詳情）
展望
未來，在蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的前提下，各技術(shù)之間的聯(lián)合互補(bǔ)應(yīng)用可以作為可行的、基于腫瘤體液活檢的生物標(biāo)志物正交驗(yàn)證策略(如圖4所示)。非因生物依托RPPA技術(shù)等各項(xiàng)新型組學(xué)技術(shù)，將腫瘤精準(zhǔn)治療研究和轉(zhuǎn)化作為核心使命，我們期待著一個(gè)更加精簡但連貫且標(biāo)準(zhǔn)的蛋白類生物標(biāo)志物開發(fā)流程的出現(xiàn)，并最終應(yīng)用于癌癥轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究。
1．蛋白質(zhì)研究
隨著人類基因組圖譜的公布，以及諸多動(dòng)物、植物、微生物的基因組全序列測(cè)定的完成，生物科學(xué)進(jìn)入了“基因組時(shí)代”。人類將在了解遺傳物質(zhì)DNA全部序列的基礎(chǔ)上研究和認(rèn)識(shí)生命的奧秘，闡明基因編碼的產(chǎn)物—蛋白質(zhì)的功能己成為主要研究目標(biāo)。蛋白質(zhì)是最主要的生命活動(dòng)載體和功能的執(zhí)行者，對(duì)蛋白質(zhì)復(fù)雜多樣的結(jié)構(gòu)功能、相互作用和動(dòng)態(tài)變化的深入研究，將在分子、細(xì)胞和生物體等多個(gè)層次上全面揭示生命現(xiàn)象的本質(zhì)。同時(shí)，蛋白質(zhì)科學(xué)研究成果將催生一系列新的生物技術(shù)產(chǎn)品，帶動(dòng)醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和綠色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，引領(lǐng)未來生物經(jīng)濟(jì)。蛋白質(zhì)科學(xué)已成為各國爭奪的生命科學(xué)制高點(diǎn)。
“十一五”期間的主要研究內(nèi)容：重要生物體系的轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)、蛋白質(zhì)生物學(xué)功能及其相互作用、蛋白質(zhì)相關(guān)的計(jì)算生物學(xué)與系統(tǒng)生物學(xué)，蛋白質(zhì)研究的方法學(xué)，化學(xué)生物學(xué)等。重點(diǎn)開展重要生物體系的蛋白質(zhì)組學(xué)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究；開展蛋白質(zhì)研究的方法學(xué)工作；建立和完善蛋白質(zhì)科學(xué)研究平臺(tái)。
“十一五”期間的主要目標(biāo)：逐步建立有中國特色的蛋白質(zhì)科學(xué)創(chuàng)新研究體系，在蛋白質(zhì)組學(xué)、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能研究、蛋白質(zhì)研究新技術(shù)方法領(lǐng)域取得若干重大突破，使我國的蛋白質(zhì)科學(xué)研究整體水平達(dá)到國際先進(jìn)，并形成5－6個(gè)在國際上有重要影響力的研究群體。
2．量子調(diào)控研究
通過操控原子、分子構(gòu)造、納米構(gòu)造、低維量子限域體系等，實(shí)現(xiàn)量子特性調(diào)控，如電子態(tài)的調(diào)控（波函數(shù)的調(diào)控、自旋調(diào)控、軌道調(diào)控及關(guān)聯(lián)態(tài)調(diào)控），電子、光子、聲子能帶的調(diào)控。量子調(diào)控及其物理研究的突破，將成為新型功能材料、光電器件和未來信息科學(xué)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。
“十一五”期間的主要研究內(nèi)容：低維量子限域體系的量子理論；量子信息理論，量子計(jì)算中的可擴(kuò)展的多量子比特系統(tǒng)，遠(yuǎn)程量子通信和量子安全系統(tǒng)等；分子電子學(xué)、自旋電子學(xué)器件結(jié)構(gòu)與工作原理，如信息加工中的量子現(xiàn)象、相干電子輸運(yùn)等；人工帶隙材料的結(jié)構(gòu)與特性。
“十一五”期間的主要目標(biāo)：爭取在與量子調(diào)控有關(guān)的量子現(xiàn)象的基本理論方面取得突破，初步實(shí)現(xiàn)基于這些現(xiàn)象的新量子調(diào)制技術(shù)，為搶占核心技術(shù)、推進(jìn)新一代技術(shù)的跨越式發(fā)展奠定科學(xué)基礎(chǔ)。
3．納米科學(xué)技術(shù)研究
納米科學(xué)技術(shù)研究是當(dāng)今科技發(fā)展的熱點(diǎn)之一，發(fā)展納米科學(xué)技術(shù)已成為許多國家提升國家核心競爭力的戰(zhàn)略選擇，也是我國有望實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的領(lǐng)域之一。對(duì)物質(zhì)在納米尺度下表現(xiàn)出的奇異現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，將有可能改變相關(guān)理論的現(xiàn)有框架，使人們對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)進(jìn)入到嶄新的階段。納米科學(xué)技術(shù)還孕育著新的技術(shù)革命，為材料、信息、綠色制造、生物和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域拓展新的發(fā)展空間。
“十一五”期間的主要研究內(nèi)容：納米加工與納米器件、納米材料與納米結(jié)構(gòu)、納米醫(yī)學(xué)與納米生物學(xué)、納米結(jié)構(gòu)的表征方法與檢測(cè)、納米器件與集成的關(guān)鍵方法與技術(shù)、納米體系中的理論和建模問題、納米和微尺度仿生。
“十一五”期間的主要目標(biāo)：建立有中國特色的納米材料、納米器件、納米生物和醫(yī)學(xué)的研究體系，使我國的納米科技整體水平保持國際先進(jìn)，并形成5－6個(gè)在國際上有帶頭作用的研究群體。
4．發(fā)育與生殖研究
動(dòng)物克隆、干細(xì)胞等一系列舉世矚目的成就，為生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)的發(fā)展帶來了重大機(jī)遇。這些研究不僅涉及到生命科學(xué)中一些最基本的問題，如細(xì)胞增殖與分化、遺傳與發(fā)育等，而且對(duì)人類的健康和疾病防治具有重要意義。我國人口增長量大、出生缺陷多、移植器官嚴(yán)重短缺、老齡化高峰即將到來，迫切需要生殖與發(fā)育科學(xué)理論的突破和技術(shù)創(chuàng)新。
“十一五”期間的主要研究內(nèi)容：干細(xì)胞增殖、分化和調(diào)控，生殖細(xì)胞發(fā)生、成熟與受精，胚胎發(fā)育的調(diào)控機(jī)制，體細(xì)胞去分化和動(dòng)物克隆機(jī)理，人體生殖功能的衰退與退行性病變的機(jī)制，輔助生殖與干細(xì)胞的安全和倫理，動(dòng)植物的發(fā)育與生殖研究等。重點(diǎn)開展干細(xì)胞的生物學(xué)基礎(chǔ)研究，建立基于干細(xì)胞再生醫(yī)學(xué)的新理論和新方法，建立和完善干細(xì)胞研究平臺(tái)；開展器官生成的基礎(chǔ)理論研究和生物倫理研究。
“十一五”期間的主要目標(biāo)：逐步建設(shè)以人類為主的含非人靈長類的胚胎干細(xì)胞庫，建立胚胎干細(xì)胞定向分化模型；建立生殖和再生醫(yī)學(xué)臨床前評(píng)價(jià)體系及我國生殖科學(xué)和生殖健康研究體系。
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