蛋白质组学研究内容

编者按：俗话说“业精于勤而荒于嬉，行成于思而毁于随”。对于科研者来说，一个成功地研究一定是经历了反复的实验，其中肯定是付出许多艰辛和努力的。可是科研光是勤劳如果没有好的方法可是会走很多弯路的...继上期小鹿盘点了蛋白组学的热门方法【大热点】3篇文章总计IF:66分，带您get时下热点技术后。本期小鹿帮助各位科研老师总结了蛋白质组学常用技术ITRAQ蛋白质组学、TMT蛋白质组学、PRM技术、LC-MS/MS...8篇文章，平均IF:10.6带您看尽蛋白质组学研究方法。1长链非编码RNA-LINC00673中的一个胰腺癌风险变异为miR-1231构建了结合位点使得PTPN11降解受到干扰在胰腺癌的研究中，全基因组关联研究已经确定了几个与胰腺癌风险相关的基因位点，然而遗传因素影响散发性胰腺癌发展的机制仍然很大程度上未知。本篇文章由鹿明生物合作客户北京协和医院肿瘤研究所林东昕教授研究组发表在《Nature genetics》（IF：31.616）的题为“Pancreatic cancer risk variant in LINC00673 creates a miR-1231 binding site and interferes with PTPN11 degradation”的研究论文，该研究揭示了LINC00673在维持细胞稳态中的重要作用以及其变异如何赋予胰腺癌易感性。本文中用蛋白质组学技术发现了与LINC00673相互作用的蛋白PTPN11，从而阐明了LINC00673的功能机理。材料：细胞系、小鼠、人胰腺组织、血发表期刊：Nature genetics影响因子：31.616（发表时期影响因子）主要技术：GWAS、qRT–PCR、immunoprecipitation、LC-MS/MS（鹿明生物提供服务支持）2解析潮间带大型绿藻光系统I-捕光天线I复合物结构PSI 是一个极高效率的光能吸收和转化系统，几乎每一个吸收的光子都能产生一个电子，其量子转化效率超过90%。PSI 高效吸能、传能和转能的结构基础是科学研究的前沿问题。2019年3月8日，济南大学、中科院植物所与清华大学合作在Nature Plants发表了题为 Structure of a green algal photosystem I in complex with a large number of light-harvesting complex I subunits的研究长文，（其中：质谱测序由上海鹿明生物科技有限公司协助完成。）报道了一种潮间带大型绿藻（假根羽藻，Bryopsis Corticulans）PSI-LHCI 超分子复合物的3.49 分辨率的冷冻电镜结构，这是继高等植物之后，在 PSI 结构与功能研究领域取得的又一重大突破。本文进一步完善了对光合生物进化过程中 PSI 结构变化趋势的理解；从进化与光环境适应的角度揭示了捕光天线复合物的捕光设计机理；为揭示绿藻光合膜蛋白 PSI-LHCI 高效吸能与传能的机理奠定了坚实的结构基础；为人工模拟光合作用机理，为指导设计作物与提高植物的光能利用效率提供了新的理论依据和新思路。3运用IncRNA、iTRAQ研究诱导自噬抑制葡萄膜黑色素瘤的发生机理葡萄膜恶性黑色素瘤是成年人中最多见的一种恶性眼内肿瘤，在国外其发病率占眼内肿瘤的首位，在国内则仅次于视网膜母细胞瘤，居眼内肿瘤的第二位。此瘤的恶性程度高，眼后是好发部位。易经血流转移，85%转移至肝脏。本篇由欧易/鹿明生物合作客户上海交通大学医学院范先群教授课题组发表在《Autophagy》的”ZNNT1 long noncoding RNA inces autophagy to inhibit tumorigenesis of uveal melanoma by regulating key autophagy gene expression“运用lncRNA 芯片、iTRAQ 蛋白质定量技术探究lncRNA 在 UM 肿瘤发生中的作用报道。发表期刊：Autophagy影响因子：11.059运用技术：文章中iTRAQ 蛋白质定量技术由鹿明生物提供服务本研究表明，在葡萄膜黑色素瘤中，lncRNA ZNNT1 起到了抑癌基因作用。ZNNT1 可以通过上调 ATG12 表达，调控 ATG12-ATG5 结合，促进细胞自噬，进而抑制了肿瘤的发生。本研究通过运用lncRNA 芯片、iTRAQ 蛋白质定量技术为葡萄膜黑色素瘤的临床治疗提供了新的思路。4LncRNA SNHG10通过正反馈环调节其同源物SCARNA13促进肝癌发生和转移的研究肝细胞癌（HCC）是最常见的恶性肿瘤之一，全球发病率位居第六，死亡率位居第三。极易复发和转移导致了肝癌患者的高死亡率，因此针对肝细胞癌的发生和转移机制的研究迫在眉睫。本文为鹿明生物客户--四川大学肝胆外科研究室的科研者们于2019年5月发布在Cancer Res的研究文章：LncRNA SNHG10通过正反馈环调节其同源物SCARNA13促进肝癌发生和转移的研究，为肝细胞癌的发生和转移机制又进行了深入的研究。发表期刊：Cancer Res影响因子：8.378主要运用鹿明生物技术：TMT标记定量、RNA测序（(RNA-seq）、qPCR5在模拟生理环境中通过蛋白冠装饰的超顺磁性纳米粒子靶向电荷介导的癌细胞纳米技术在癌症诊断和治疗中以及生物医学功效各方面起着关键作用，本文由鹿明生物合作单位同济大学、青岛大学等多家科研院校共同合作发表在《ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES 》上的Electrical-Charge-Mediated Cancer Cell Targeting via Protein Corona-Decorated Superparamagnetic Nanoparticles in a Simulated Physiological Environment ，通过在模拟生理液体中对粒子表面蛋白冠对癌细胞靶向的影响进行了研究，为临床灵敏检测血液循环肿瘤细胞开辟了新途径，其中蛋白质组学技术在鉴定蛋白冠成分时发挥了重要作用，该技术已在各个研究领域中得到广泛应用。本文研究为临床灵敏检测血液循环肿瘤细胞开辟了新途径，其中蛋白质组学技术在鉴定蛋白冠成分时发挥了重要作用，该技术已在各个研究领域中得到广泛应用。发表期刊：ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES 影响因子：8.456 鹿明生物提供服务：LC-MSMS（MPI技术）6运用LC-MS/MS鉴定GRP78是鸭Tembusu病毒感染BHK-21细胞的受体研究Tembusu病毒（TMUV）是一大群具有包膜的单正链RNA病毒。该类病毒通过吸血的节肢动物（蚊、蜱、白蛉等）传播而引起感染。在我国，Tembusu病毒（TMUV）的爆发和传播给中国水禽养殖业带来了巨大损失。本篇文章由鹿明生物合作客户江苏省农业科学院兽医研究所赵冬敏博士为第一作者，发表在Frontiers in Microbiology杂志发表题为“Identification of Glucose-Regulated Protein 78 (GRP78) as a Receptor in BHK-21 Cells for Duck Tembusu Virus Infection”的研究论文，该研究报道了BHK-21细胞中TMUV结合分子的探究。发表期刊：Frontiers in Microbiology影响因子：4.259运用鹿明生物技术：LC-MS/MS7垂丝海棠应对盐碱胁迫适应性的生理、蛋白质组学和代谢组学的整合分析由于土壤盐碱化逐年增加造成可耕作面积逐年减少,使盐碱等非生物胁迫已成为严重影响我国粮食生产的重要因素。同时针对抗盐碱功能机理的研究也是选育耐盐碱新品种的关键。在2019年，欧易/鹿明生物合作客户甘肃农业大学王延秀课题组在Horticulture Research杂志发表题为“垂丝海棠应对盐碱胁迫适应性的生理、蛋白质组学和代谢组学的整合分析”的文章。该文章作者通过蛋白质组学、代谢组学以及生理学数据，对可耐受盐碱的垂丝海棠中参与植物胁迫反应的植物途径及其调控机制进行深入研究，为使用基因工程提高该植物的耐盐碱性提供了重要依据。发表期刊：Horticulture Research影响因子：3.64运用技术：蛋白质组学、代谢组学8定量蛋白质组学鉴定鸡脾脏中细胞外基质降解与基因型VII新城疫病毒的免疫病理相关新城疫（newcastle disease,ND）是由新城疫病毒引起禽的一种急性、热性、败血性和高度接触性传染病。以高热、呼吸困难、下痢、神经紊乱、黏膜和浆膜出血为特征。具有很高的发病率和病死率，是危害养禽业的一种主要传染病。OIE将其列为A类疫病。本篇由上海鹿明生物科技有限公司合作客户扬州大学农业部畜禽传染病学重点开放实验室刘秀梵院士课题组发表在《Journal of Proteomics》的文章“Quantitative proteomics identify an association between extracellular matrix degradation and immunopathology of genotype VII Newcastle disease virus in the spleen in chickens”运用TMT定量蛋白质组学技术首次提供了NDV对ECM调节的证据，并将ECM重塑作为NDV病理的新表现形式，加深了对NDV发病机制的了解。发表期刊：Journal of Proteomics影响因子：3.537运用技术：、qRT-PCR、Western blot、ELISA、TMT蛋白质组学（鹿明生物提供技术支持）目前，蛋白质组学研究以其高通量、高灵敏度、高效的蛋白质分离鉴定方法在医学、农学、微生物等方面都有着广泛地应用，并且蛋白质组学研究也为寻找各种疾病的关键蛋白和标志蛋白、对于疾病的诊断、病理的研究和药物的筛选都具有重要的意义。鹿明生物以其多年的蛋白组学研究经验也在蛋白质组学道路上不断地探索~~鹿明生物上海鹿明生物科技有限公司，一直专注于生命科学和生命技术领域，是国内早期开展以蛋白组和代谢组为基础的多层组学整合实验与分析的团队。经过近数年的发展沉淀，公司建立起了iTRAQ/TMT、DIA、PRM、修饰蛋白组等蛋白组学技术平台和全谱代谢组、靶向代谢组、拟靶向代谢组、脂质组等代谢组学技术平台以及相应的数据整合分析平台，并建立了科学完整的服务流程和精细规范的操作标准。公司拥有：SCIEX-QTRAP-6500,SCIEX-QTRAP-6500 plus，SCIEX-QTRAP-4000,Waters Xevo G2-XS,Thermo-TSQ-Altis,Thermo-Obritrap-QE,Thermo-Obritrap-QE-HF,Aglient-GCMS-7890B/5977A,AglientGCMS7890B/5977A（带顶空进样装置）及云计算分析平台等大型检测设备以及完整的样品前处理系统和数据分析系统（拥有各类分析软件及数据库）。公司荣获国家高新技术企业，通过ISO9001认证，获得代谢组学专利及软件著作等近20余项知识产权专利；同时也取得上海市公共技术服务平台资质认证，获得上海市创新创业计划大赛支持。迄今为止，鹿明完成服务项目上万个，涉及医学、农业、生态学及工业应用等多个研究领域，发表SCI论文数百篇。2017年6月，公司与上海欧易生物医学科技有限公司实现战略整合，实现中心法则上中下游多层组学的串联，整合后的鹿明力求打造优质技术平台，争做优质蛋白代谢服务企业，助力生命科学领域的科学家快出成果，出好成果，从而推动科技创新。鹿明生物，多层组学定制服务专家，为您的科研助力！END

蛋白互作的研究背景内容比较丰富，我们分成两期定量蛋白质组学非标记定LabelFree定量蛋白质组学技术研究蛋白互作的背景进行介绍。本期我们接着说蛋白-蛋白互作方法的研究背景。蛋白互作方法的研究背景免疫印迹或免疫沉淀逐渐转向使用质谱法进行样本中的蛋白质定量，同时，也可使用该方法进行蛋白质鉴定。质谱法为高度复合的定量分析创造了条件，为它们的快速发展提供了条件，无需考虑费时的基于抗体的方法。LC-MS/MS还促进了研究人员对蛋白质异构体和翻译后修饰（PTMs）如何控制和调节多个细胞的了解。在蛋白质互作分析中，亲和纯化与多种定量质谱方法相结合非常常见。在本文中，我们将质谱采集策略分为“数据相关采集（DDA）”和“数据独立采集（DIA）”。目前为止，DDA最常见的用途是通过“鸟枪”技术鉴定化合物。在这些实验中，根据一组简单的启发式规则（通常是母离子强度）选择一个母离子进行碎片化，利用从所选母离子导出的MS/MS图谱进行蛋白质鉴定（图1）。相比之下，DIA并不是根据前体离子扫描中的信息来选择要进行碎片化的离子，而是在质谱仪可见范围内使整组前体离子碎片化，选择离子进行碎片化的方式区别对量化结果有重要影响。图1. QqTOF仪器中典型“鸟枪”实验的示意图。仪器在两种不同的扫描模式之间循环。（A） 在第一模式（MS1）中，所有离子都通过仪器传输，并在检测器处检测，随后可用于母离子测定。利用简单的规则（强度、电荷状态和离子是否已经碎裂）分析导出的质谱图。通过这些规则的离子随后被分离和碎片化。（B） 在MS/MS模式下，特定质量在第一个四极体中分离，在第二个四极体中碎片化。所有的碎片离子都被记录在分析仪中，并产生MS/MS图谱，用于鉴定化合物。质谱仪的不断创新使得检测灵敏度得到显著提高，可以检测样品中成分较少的物质。除了能够更深入地观察样品外，灵敏度的提高还可以提高仪器的扫描速度，这使得用不同的工作流程和方法进行定量和鉴定成为可能。本文我们讨论的是利用亲和纯化联合质谱技术（AP-MS）分析蛋白质-蛋白质相互作用时，肽和蛋白质的定量方法。这些方法也适用于涵盖需要量化的不同应用领域的各种其他类型样本，不过最终使用哪种方法还是由样本复杂性来决定。下期文章中，我们将切入主题，详细介绍几种目前常用的几种研究相互作用蛋白质组学的定量蛋白质组学非标记定量LabelFree法。本文由百泰派克生物科技整理编辑。百泰派克生物科技专注于基于质谱的蛋白质组学服务，结合亲和纯化与定量蛋白质组学非标记定量LabelFree、SILAC或SWATH定量技术，提供一系列定量蛋白质组研究策略，灵敏度高、重复性好，非常适合蛋白质相互作用的研究。文献参考：Stephen Tate, Brett Larsen, Ron Bonner, Anne-Claude Gingras, Label-free quantitative proteomics trends for protein-protein interactions. Journal of Proteomics, 2013.

深科·浅说蛋白质组研究：生命天书的新解码？前不久，《自然》杂志在线发表了中国科学家在早期肝细胞癌蛋白质组研究领域取得的重大科研成果。这一研究测定了早期肝细胞癌的蛋白质组表达谱和磷酸化蛋白质组图谱，发现了肝细胞癌精准治疗的潜在新靶点——胆固醇酯化酶SOAT1。90%以上的肝癌属于肝细胞癌。对于普通人来说，这一研究最耀眼的成绩，是给治疗最凶险的一类肝细胞癌带来了希望；对于蛋白质组相关科研人员来说，这一成果是“中国人类蛋白质组计划迎来的第一道曙光”。该成果论文的通讯作者、国家蛋白质科学中心（北京）首席科学家贺福初院士认为：“这一成果证明，基因组学不能独打天下，现在轮到蛋白质组学上场了。”回顾此前有关癌症的研究成果，“基因”这个词是在抗癌场景中出现的高频词——科学家相信：人类的某些基因隐藏着打开癌症开关的钥匙。这一思路符合学界对基因组学的一贯期待，贺福初院士介绍：“人们1985年开始酝酿基因组计划的主要动力，就是希望能够通过描绘和破解基因蓝图，揭示人类生老病死的规律和本质。”但人们将基因图谱这本“天书”印出来后，发现解读“天书”依旧是一大难题。1994年澳大利亚科学家Marc Wikins首先提出蛋白质组学这一概念。简单来说，基因承载着人类的遗传物质，而蛋白质是遗传物质传递的最后一个环节，是生命活动的执行者，蛋白质是组成人体所有细胞和组织的重要成分。一个生物系统在特定状态下表达的所有种类的蛋白质就是蛋白质组。1998年，“认为基因组学的发展或许遇到了瓶颈”的贺福初开始转向蛋白质组学研究。2002年，贺福初成为“国际人类蛋白质组计划”的重要参与者，并带领中国科学家牵头实施人类肝脏蛋白质组计划，他相信“基因组学解决不了的问题，或许蛋白质组学能解决”。目前贺福初团队的研究思路与一些美国同行不同。据介绍，贺福初团队的思路是用蛋白质组学驱动的精准医学“领跑”国际精准医疗；而美国的研究主流策略是“蛋白基因组学”，即将蛋白质组的数据用于基因组的注释，蛋白质组的研究仍然需要“背靠”基因组、转录组。科学家们对蛋白质组学研究的价值存在争议。贺福初说，学界更为主流的观点是，蛋白质组学的研究只是基因组学研究的“注解”。而贺福初认为蛋白组研究不是基因组研究的“附庸”。以本次发表在《自然》杂志在线的研究为例，他希望更多人认同蛋白质组研究的价值和作用。贺福初团队的这项研究持续了5年。研究发现，在最凶险的一类肝细胞癌中，胆固醇稳态失调与病发有直接联系，具体来说，胆固醇酯化酶越活跃，这类患者的手术后复发或死亡风险越大。而如果胆固醇酯化酶SOAT1得到抑制，肿瘤的增殖和迁移能力也同时受到有效抑制。他们的研究还发现，胆固醇酯化酶SOAT1在头颈癌、胃癌、前列腺癌、肾癌和甲状腺癌中均和患者较差的术后转移和死亡表现正相关。贺福初认为，这种基于蛋白质组研究的“抗代谢失稳”的抗癌思路，或可成为继抗增殖抗癌疗法和免疫抑制抗癌疗法之后的抗癌新方向。在前不久举行的成果发布会上，施普林格 自然旗下自然科研大中华区总监保罗 埃文斯在祝贺视频中说：“《自然》杂志约有93%的拒稿率，因此这样一篇论文发表出来是一项很大的成就，我深信这项研究工作将为蛋白质组学所引导的精准医学的发展作出有力贡献。”“蛋白组是解读生命天书的利器。”该成果的第一作者、军事科学院军事医学研究院研究员姜颖相信：“蛋白质组学驱动的精准医学时代正向我们走来。”据悉，此前在“蛋白基因组学”研究模式的指导下，美国等国的科学家们已经完成的精准医疗分子分型包括：结直肠癌、乳腺癌、卵巢癌和胃癌等。张茜 来源：中国青年报

编者按：在新一年的开端，小鹿首先要祝愿所有的科研工作者新年快乐，愿在这一年中心想事成，科研文章都上榜SCI~~本期，小鹿推出时下热点技术DIA技术，通过热门技术与前沿科技相结合，用3篇影响因子总计66分的文章告诉您DIA技术的应用。DIA技术用于永久定量数字保存对科研研究者来说，科研样本对研究起着决定性的因素。微量样本、独特样本、珍贵样本、甚至有些样本是难以获取的，针对这些样本可能由于研究时间局限性，样本收集不全面，样本失效等损失会带来课题延期、重制样、甚至错失发文先机。本篇由苏黎世联邦理工学院Ruedi Aebersold教授团队在Nature Medicine杂志（IF=30.641）发表题为“Rapid mass spectrometric conversion of tissue biopsy samples into permanent quantitative digital proteome maps”的研究论文，该研究提出了一个方法，可以快速稳定地将组织样本转化为一份数据文档，永久地存贮这个样本经质谱分析得到的蛋白质组结果。影响因子：30.641材料：组织活检样品 发表期刊：Nat.Med.主要技术：PCT-SWATH/DIA中文标题：将组织活检样品快速质谱转换为永久定量数字蛋白质组图谱这篇文章中，作者用PCT-DIA技术方法将来自9个肾癌病人的18个组织切片分别转化为(DIA)SWATH-MS多肽离子碎片谱图，并从这些谱图中对2000个蛋白样本进行定性和定量分析。作者发现肾组织切片的蛋白质组测序结果具有很好的可重复性，而且能完全将肾癌病人和健康人，以及不同组织形态的肾癌亚型区分开来。该方法特别适合大队列（几十上百甚至上千个样品）、少量样品（比如组织活检样品）蛋白组批量分析。2DIA技术在定量准确性和重现性上的优势严格说来：人体各系统器官的疾病都可以在血液当中有一定的呈现，通过测定血液中的蛋白可反映病人的生理病理状态。因此，运用质谱技术来测定蛋白定量的准确性和重现性成了研究的焦点。本文发表在《Theranostics》上由国家蛋白质科学中心的于晓波教授、广东省中医院卢传坚教授、西湖大学郭天南研究员等合作发表的In-depth serum proteomics reveals biomarkers of psoriasis severity and response to traditional Chinese medicin，详细的总结了运用DIA技术对血液标志物进行探索，进一步的验证DIA 技术在定量的准确性和重现性的优势；材料：血清影响因子：8.063发表期刊：Theranostics主要运用技术：DIA技术、抗体微阵列中文标题：血清蛋白质组学鉴定银屑病及其中药疗效的生物标志物英文标题：In-depth serum proteomics reveals biomarkers of psoriasis severity and response to traditional Chinese medicin本文通过DIA技术和抗体微阵列技术，以银屑病为疾病模型，对银屑病治疗前、银屑病中药（银屑灵）治疗后、健康对照共50例血清样本建立蛋白质表达谱。鉴定到了106种参与血液凝固、炎症、细胞凋亡和血管生成等银屑病相关生物过程的差异蛋白。聚类和主成分分析发现58种蛋白可区分健康组和银屑病患者，12种蛋白可预测中药治疗效果，相关性分析发现三个血清蛋白（PI3，CCL22，IL-12B）与银屑病面积和严重程度指数（psoriasis area and severity index, PASI）评分呈正相关。质谱DIA技术适合大规模临床样本的检测，抗体微阵列技术可补充质谱无法鉴定到的血清低丰度蛋白，本文结合DIA技术和抗体微阵列技术研究血液生物标志物的思路值得借鉴。3DIA技术与人工智能相结合2019年11月，英国剑桥大学生物化学系和米尔纳治疗学研究所（Department of Biochemistry and The Milner Therapeutics Institute, University of Cambridge）等多家机构在一区期刊Nature Methods（IF=28.467）发表题为“DIA-NN：通过神经网络和干扰校正实现高通量蛋白质组的深度覆盖”的文章，该文章作者提出了一种方便的集成软件包DIA-NN，它利用深层神经网络和新的量化及信号校正策略来处理DIA蛋白质组学的实验结果。DIA-NN提高了传统DIA蛋白质组定性和定量的能力，特别在高通量应用方面具有快捷的优势，与快速色谱方法结合使用时能够对蛋白质实现准确的深度覆盖。影响因子：28.467发表期刊：Nature Methods运用技术：DIA蛋白质组学中文标题：DIA-NN：通过神经网络和干扰校正实现高通量蛋白质组的深度覆盖软件版本：DIA-NN（1.6.0）、OpenSWATH18、Spectronaut、Specter、Skyline平台：QExactiveTM HF（Thermo Fisher Scientific ）、TripleTOF 6600 (SCIEX)材料：酵母蛋白提取物、人脐带血血浆、酶解的人K562细胞裂解物、Hela细胞蛋白提取物、大肠杆菌蛋白提取物在DIA-NN中引入的计算方法稳定且显著地增加了不同复杂度样品及不同质谱平台上获得定性和准确定量的肽和蛋白质的数量。DIA-NN首次通过使用短色谱梯度实现了蛋白质组的全面覆盖，从而显著缩短了质谱仪的运行时间，为以前无法实现的对高通量蛋白质组进行快速而精确的测量打开了大门。鹿明生物自2017年初建立了DIA、PRM等蛋白组学技术平台，是国内早期开展DIA/PRM技术服务的领跑者；近2余年来，鹿明生物积累了丰富的DIA、PRM蛋白组学等组学项目经验，公司采用高端精密的仪器设备Thermo QE-HF等，迄今为止，鹿明生物已处理DIA+PRM项目样品3000+例，拥有丰富完善的项目经验；目前鹿明生物也已经自主研发了大容量水稻DIA数据库及深度水稻磷酸化DIA数据库、PCT-DIA技术等希望能够为您的科研助力添彩；目前鹿明生物也推出蛋白组学检测+验证一体化--1+1>2的蛋白组学黄金组合服务:DIA +PRM技术，具体可扫码添加技术交流群哦~~鹿明生物上海鹿明生物科技有限公司，一直专注于生命科学和生命技术领域，是国内早期开展以蛋白组和代谢组为基础的多层组学整合实验与分析的团队。经过近数年的发展沉淀，公司建立起了iTRAQ/TMT、DIA、PRM、修饰蛋白组等蛋白组学技术平台和全谱代谢组、靶向代谢组、拟靶向代谢组、脂质组等代谢组学技术平台以及相应的数据整合分析平台，并建立了科学完整的服务流程和精细规范的操作标准。公司拥有：SCIEX-QTRAP-6500,SCIEX-QTRAP-6500 plus，SCIEX-QTRAP-4000,Waters Xevo G2-XS,Thermo-TSQ-Altis,Thermo-Obritrap-QE,Thermo-Obritrap-QE-HF,Aglient-GCMS-7890B/5977A,AglientGCMS7890B/5977A（带顶空进样装置）及云计算分析平台等大型检测设备以及完整的样品前处理系统和数据分析系统（拥有各类分析软件及数据库）。公司荣获国家高新技术企业，通过ISO9001认证，获得代谢组学专利及软件著作等近20余项知识产权专利；同时也取得上海市公共技术服务平台资质认证，获得上海市创新创业计划大赛支持。迄今为止，鹿明完成服务项目上万个，涉及医学、农业、生态学及工业应用等多个研究领域，发表SCI论文数百篇。2017年6月，公司与上海欧易生物医学科技有限公司实现战略整合，实现中心法则上中下游多层组学的串联，整合后的鹿明力求打造优质技术平台，争做优质蛋白代谢服务企业，助力生命科学领域的科学家快出成果，出好成果，从而推动科技创新。鹿明生物，多层组学定制服务专家，为您的科研助力！END

来源:科技日报图集 原标题：做基因组学做不了的事 蛋白质组学可更精准打击癌症视觉中国供图 近日，国际人类蛋白质组组织公布了2020年度权威奖励获奖名单，中国科学院院士、军事科学院军事医学研究院研究员贺福初荣获蛋白质组学杰出成就奖。贺福初院士率先提出人类蛋白质组计划的科学目标与技术路线，倡导并领衔了人类第一个关于组织、器官的蛋白质组计划，揭示了人体首个器官（肝脏）蛋白质组。2014年，贺福初院士领导启动“中国人蛋白质组计划”（CNHPP）。此次获奖是国际蛋白质组学领域对他率先提出并反复实践的“蛋白质组学驱动的精准医学”这一理念与范式的高度认可，标志着我国蛋白质组学研究再度领跑国际。那么，什么是蛋白质组学？蛋白质组学驱动的精准医学又是什么？我国当前研究进展如何？就这些问题，科技日报记者采访了贺福初院士。解密基因组需要系统认识蛋白质组蛋白质组，是指一个基因组、一个细胞或组织、一种生物体所表达的全部蛋白质。蛋白质组研究，是在整体水平上研究细胞、组织乃至整个生命体内蛋白质组成及其活动规律的科学，由此从蛋白质水平上获得关于疾病发生、细胞代谢等过程整体而全面的认识。贺福初表示：“说到蛋白质组，就不得不提到基因组。基因组和蛋白质组的关系，好比‘词典与文章’‘元素表与化工厂’的关系。随着人类等生物体全基因组序列的测序完成，科学家逐步意识到基因组只是书写了遗传密码的‘天书’，仅从基因序列的角度根本无法完整、系统地阐明生物体的功能。”“很多生命现象之谜，不能直接从基因序列中得到解答。蛋白质是生命活动的主要执行者，想要解密基因组，必须先系统认识蛋白质组。”贺福初介绍，正因如此，国际权威期刊《自然》《科学》在2001年2月公布人类基因组草图的同时，分别发表相关述评与展望，认为蛋白质组学将成为新世纪最大战略资源——人类基因研究争夺战的战略制高点之一。当月，人类蛋白质组组织（HUPO）即宣告成立。次年，“人类蛋白质组计划”（HPP）宣布启动。“人类蛋白质组计划”是继人类基因组计划（HGP）之后最大规模的国际性科技工程，也是21世纪第一个重大国际合作计划。“由于蛋白质组的研究对象远比基因组要复杂得多，需要从国家战略层面统筹规划，整合全国相关领域科研之力，配合专项资金和资源才能够推动。所以在提出之初，国际上仅有少数发达国家的几个尖端实验室开展相应的研究。”贺福初说。1998年初，国家自然科学基金委设立了“蛋白质组及其动态变化研究”重大项目。这是我国政府支持的第一个蛋白质组学研究项目，为后续实施系列蛋白质组学国家级项目并走向国际前列奠定了重要基础。打造人类蛋白质组计划的“中国模式”经过几年的探索与实践，我国率先提出“人类肝脏蛋白质组计划”（HLPP），并提出建立蛋白质组“两谱、两图、三库”的战略目标，即建立肝脏蛋白质组表达谱、修饰谱、连锁图、定位图、样本库、数据库和抗体库。2002年，国际学界启动“人类肝脏蛋白质组计划”，并于凡尔赛召开的第一届HUPO大会上正式讨论通过。2003年10月，由我国领衔、先后11个国家参与的“人类肝脏蛋白质组计划”全面启动实施。该计划是国际“人类蛋白质组计划”中第一个人体组织器官的蛋白质组计划，是中国科学家倡导和领衔的第一个国际大型合作计划。“从HLPP的提出、论证再到研究工作的展开，历时十余年之久。这是‘大科学计划’的一次意义非凡的中国实践。”贺福初说。记者了解到，在实施HLPP过程中，中国科学家先后研究了中国人胚胎肝组织和中国成人肝脏组织的蛋白质组，鉴定蛋白质超过10000种，并利用这些数据对肝脏生理功能进行了系统解读。通过前期积累，我国在蛋白质组表达谱分析的技术能力上，达到国际先进水平。2007年，蛋白质组学国家重点实验室成立。在2009年的国际蛋白质组标准物质评估中，该重点实验室的技术能力位居全球前6。2018年11月，蛋白质科学研究（北京）国家重大科技基础设施顺利通过国家验收。“有了这些积累，国家科技部首次整合973计划、863计划、国际合作计划，历经数年论证，由蛋白质组学国家重点实验室牵头，于2014年正式启动‘中国人蛋白质组计划’。”贺福初介绍，2018年项目结题时，已完成构建早期肝细胞癌及癌旁组织、弥漫型胃癌及癌旁组织、肠型胃癌及癌旁、肺腺癌及癌旁等疾病组织的深度覆盖蛋白质表达谱，数据量达到52.7TB（万亿字节），在高置信度水平上，定量鉴定人类表达蛋白质15553种，并获得疾病组织信号网络调控蛋白表达变化规律，实现潜在分子标志物和候选靶标的深入发掘。“在此基础上，CNHPP构建了系列正常器官、组织、细胞的蛋白质组定量参考谱。它们相当于人体组织器官体液蛋白质的‘北斗全球定位系统’。”贺福初说。全面分析多种人体肿瘤蛋白质组“‘精准’二字是医学界追求的目标，即通过病因的精准诊断，制定相应的精准治疗方案和预防策略。”贺福初指出。随着“人类基因组计划”的完成、基因组测序技术的不断提升以及生物信息学与大数据科学的快速发展，催生了基因组学驱动的精准医学，其中最具代表性的就是2006年由美国主导的“癌症基因组图谱计划”。但其仍有不少局限性。为此，美国在此基础上于2011年启动临床蛋白质组肿瘤分析项目，旨在用不同种类癌症蛋白质组注释其基因组全景图，创建了蛋白质组学依附于基因组学的蛋白质组—基因组学。“但这种蛋白质组学研究始终未能摆脱基因组学的先天不足。”贺福初告诉记者，“而我们的CNHPP计划另辟蹊径，对多种人体肿瘤进行了全面深入的蛋白质组分析。2018年，我们发表了弥漫型胃癌的蛋白质组全景图，建立了首个与预后相关的蛋白质组分子分型；2019年，我们率先在《自然》公布了早期肝细胞癌的蛋白质组分子分型并发现新的治疗靶标，开启了蛋白质组驱动的精准医学新时代；2020年，我们又在《细胞》相继发表了非小细胞肺癌的蛋白质组分子分型研究，再次证明了蛋白质组学在精准医学中的独特性和至关重要性，为我国持续引领国际蛋白质组学研究创造了良好的条件。”记者了解到，蛋白质组驱动的精准医学是由我国科学家首创的精准医疗新模式，是一项国际多中心、多学科协作的大科学项目，其实施的规模和复杂程度均远超HGP，对科技、经济、社会发展的推动作用也难以估量。贺福初说：“如果说抗生素的发明引发了第一代医学治疗技术革命，影像学和分子医学的发展引发了第二代医学诊断技术革命，那么，由蛋白质组学驱动的精准医学，势必带来精确诊断与精准治疗统一的第三代医学革命。”“下一步，‘中国人蛋白质组计划’团队将在国际范围部署建立蛋白质组驱动的精准医学技术体系和行业标准，进一步提升对重大、疑难疾病的‘精准定位’和‘精确打击’能力。”贺福初透露。（记者 张 强）责任编辑： 孙慧

前不久，国际顶级学术刊物《细胞》（Cell）正式发表由中国科学家完成的大规模临床肺腺癌蛋白质组草图的绘制工作，引发关注。这是“中国人蛋白质组计划”重点专项继肝癌、胃癌研究之后取得的又一重大成果，也是中国科学家主导的“蛋白质组学驱动的精准医学”的又一次重大突破。作为该成果的共同通讯作者之一，中国科学院院士、国家蛋白质科学中心（北京）首席科学家贺福初给出这样的评价：“该成果再次证明了蛋白质组学的成熟度，足以帮助解决认识一系列的重大医学问题，也再度证明了中国的蛋白质组研究，不仅站在了全球的制高点，也站在了时代的制高点。”说起“中国人蛋白质组计划”，不得不提“人类基因组计划”。上世纪90年代，“人类基因组计划”吸引了全世界的目光。随着人类基因组测序的完成，科学家们发现基因组虽在基因活性和疾病相关性方面提供了根据，但大部分疾病却不是因为基因改变引起；而且，基因的表达方式错综复杂、表达产物千差万别，同样的基因在不同条件、不同时期可能会起到完全不同的作用。在人类基因组图谱完成之际，一批基因组学大家不约而同地向蛋白质组学发出呼唤：“用蛋白质组学解读基因组这部天书。”于是，一批科学家迅速集结于国际人类蛋白质组的组织旗下，酝酿启动“人类蛋白质组计划（HPP）”。但该计划面临明显不同的科学问题：同一个体不同器官、同一器官不同细胞的基因组相同，而其蛋白质组不同，因此人体只有一个基因组，却有千千万万个蛋白质组。人类蛋白质组计划如何推进？各国莫衷一是。据贺福初介绍，我国科学家率先提出“两谱、两图、三库和两出口”的人类蛋白质组计划总体研究策略，这其中，“两谱”是指表达谱、修饰谱，“两图”是指连锁图、定位图，“三库”是指样本库、抗体库、数据库，“两出口”则是指生理组、病理组。贺福初说，中国科学家倡导并领衔完成了人类第一个组织、器官的“肝脏蛋白质组计划”，为人类蛋白质组计划的全面展开发挥了示范作用。这一贡献得到《自然》（Nature）、《科学》（Science）等国际学术期刊领域的肯定。2014年，科技部正是在“肝脏蛋白质组计划”成功经验的基础上，启动了“中国人蛋白质组计划(CNHPP)”重点专项，该专项由原军事医学科学院牵头组织全国60余家优势单位联合攻关。“这是我国863计划、973计划、国际合作计划再次‘联手资助’的重点专项，也是国家大科学设施与大科学计划的‘首次会师’！”贺福初说。据他介绍，“中国人蛋白质组计划”实施以来，实现了蛋白质组研究和应用的系统突破，率先提出国际疾病蛋白质组计划研究策略，引领了国际蛋白质组学与精准医学研究的汇聚。值得一提的是，科研团队率先公布早期肝细胞癌的蛋白质组分子分型并发现新的治疗靶标，首次向全球证明：“蛋白质组学驱动的精准医学新时代正向我们走来”；团队揭示了弥漫型胃癌的蛋白质组全景图，建立首个与其预后相关的蛋白质组分子分型。贺福初列举一组数据：多年过去，“中国人蛋白质组计划”先后在《自然》（Nature）、《细胞》（Cell）等国际核心期刊发表SCI论文380余篇，申请/授权发明专利120余项，获软件著作权100余项，为推动蛋白质组学科和生物医药产业发展作出了重大贡献。“经过10余年的积累沉淀，由我国主导的蛋白质组学驱动精准医学研究已开始‘领跑’国际蛋白质组学发展！”贺福初说，肝癌、肺癌、胃癌等研究突破，即是“中国人蛋白质组计划”的标志性成果，此外，有关胰腺癌、心血管病等10余种重大疾病的研究成果也即将陆续发布。据他透露，下一步，“中国人蛋白质组计划”团队将在国际大科学计划的支撑下，打造医药卫生领域的“千人千面”体系，进一步提升对重大、疑难疾病的“精准定位”和“精确打击”能力，从而提升国民健康水平，造福大众。

前言阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是一种以进行性记忆力减退、认知功能下降和人格改变为主要临床表现的中枢神经系统退行性疾病，是老龄人口中发病率最高的疾病之一。2020年4月13日， 美国埃默里大学Allan I. Levey教授及其合作团队再次在国际专业学术期刊《Nature Medicine》(IF =30.641)发表了最新研究成果，报道了迄今为止最大的阿兹海默症相关蛋白质组学研究。研究人员运用定量蛋白质组学技术、加权共表达网络分析、靶向蛋白质组技术（PRM）对健康人和阿兹海默症患者的2,000多个人脑组织样本和近400个脑脊液样本进行系统分析，研究确定了反映大脑生物过程的关键蛋白质共表达网络，为阿尔兹海默症的临床诊治提供了新的治疗靶标和生物标志物。标题：Large-scale proteomic analysis of Alzheimer’s disease brain and cerebrospinal fluid reveals early changes in energy metabolism associated with microglia and astrocyte activation研究对象：认知健康、正常衰老的个体、AD患者的脑组织和脑脊液期刊：Nature Medicine影响因子：30.641发表时间：2020年4月13日研究背景阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease, AD）以β-淀粉样蛋白（amyloid-β, Aβ）过度沉积和Tau蛋白异常磷酸化为主要发病机理的神经变性疾病。然而对于AD病理生理学机制还不完全了解。研究思路文章亮点1、样本珍贵：尸检脑组织样本；2、大样本量：约2000个组织样本和400个脑脊液样本；3、多种技术：LFQ、TMT定量蛋白质组学、PRM和SRM蛋白验证等；4、多个中心：至少7个采样中心，BLSA，Banner，MSSB，ACT，Mayo，ROS/MAP，UPenn等；5、多种组织类型：3种组织样本：FLPFC背外侧前额叶皮质、temporal cortex颞叶皮质、precuneus楔前叶，以及脑脊液CSF；6、多种疾病类型：主要是AD的，还检测了其他神经退行性疾病，比如：肌萎缩侧索硬化症(ALS)、额颞叶变性伴TDP-43病理(FTLD-TDP)、进行性核上性瘫痪(PSP)、皮质基底部变性(CBD)、帕金森病和帕金森病痴呆(PD/PDD)和多系统萎缩(MSA)等。寻找AD致病最相关、以及最特异的区域/细胞/蛋白；7、采用WGCNA分析，将几千个蛋白与临床相关指标进行关联分析，得到不同功能的蛋白模块集；8、将大脑中不同细胞类型的marker基因跟不同模块集进行比对，从而形成细胞类型-蛋白模块-功能这样的关联集。（类似于单细胞测序的将marker基因跟细胞亚类和功能与疾病做关联）；9、实验设计逻辑严密、故事性强。研究内容本研究使用定量蛋白质组和加权共表达网络分析对AD进行了迄今为止最大的蛋白质组学研究。从4个研究中心收集了44例巴尔的摩衰老纵向研究（BLSA）、178例版纳太阳卫生研究所（BANNA）、166例西奈山医学院（MSSB）和65例成人思维变化研究（ACT）非北侧前额叶皮质（DLPFC）组织，总共453例对照、无症状AD (AsymAD)和AD。采用无标记定量（LFQ）对组织进行定量蛋白质组学分析，共鉴定到5688个蛋白。通过回归分析消除了年龄、性别和死后间隔（PMI）对蛋白质定量数据的影响，最终确定3334个蛋白利用加权相关网络分析算法构建蛋白共表达网络。加权基因共表达网络分析（Weighted Gene Co-Expression Network Analysis，WGCNA）是一种适合进行多样本复杂数据分析的工具，通过计算基因/蛋白间表达关系，鉴定表达模式相似的基因/蛋白集合（mole），解析mole与样品表型之间的联系，绘制集合中基因/蛋白之间的调控网络并鉴定关键调控基因/蛋白。对鉴定到的3334个蛋白进行WGCNA共表达分析，将其分为13个模块。研究结果① 构建AD共表达网络模块为了评估这些共表达模块是否与AD相关，将模块蛋白表达水平与AD、淀粉样β斑块和神经纤维缠结的神经病理学特征相关联。观察到六个模块与所有病理、认知和功能测量显著相关：模块M1突触、模块M3线粒体、模块M4糖代谢、模块M5细胞外基质、模块M6细胞骨架和模块M10 RNA结合/剪接。M4糖代谢模块显示出最强的AD性状相关性（认知r=-0.67，P=8.5×10-23；神经纤维缠结r=0.49，P=4.7×10-27；淀粉样β斑块r=0.46，P=1.3×10-23；功能r=0.52，P=2.6×10-12）。因为大脑中许多蛋白质共表达的改变可以由细胞类型的改变驱动，因此分析了每个共表达模块是否富含在特定的细胞类型中。同时为了将每个模块的细胞类型特性纳入其描述中，随后将那些细胞类型丰富的模块称为“M1突触/神经元”模块、“M2髓鞘/少突胶质细胞”模块、“M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢”模块和“M5内皮/微细胞外基质”模块。进一步研究表明在AD临床前期的病理过程中，M3线粒体和M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块的病例状态差异最大。图1 | 无症状和有症状AD脑的蛋白质网络分析（a）用WGCNA和差异丰度对对照组和AD患者（N=453）脑组织蛋白水平分析；（b）从四个独立的队列中测量的3334个蛋白质中产生了由13个蛋白质模块组成的蛋白质相关网络。② AD network与脑区、年龄、其他神经退行性疾病的关联性分析进一步分析了这些共表达模块与不同脑区、年龄、其他神经退行性疾病的相关性，发现所有的模块都与颞叶皮层相关，12个模块与楔前叶相关。M1突触/神经元模块蛋白随着年龄增加其表达水平显著降低，M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块蛋白随着年龄增加其表达水平显著升高。在FTLD-TDP和CBD病例中，M1突触/神经元和M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块蛋白表现出显著变化。图2 | 分析AD患者年龄与网络模块蛋白的相关性（a）在不同年龄死亡的认知健康人群中测定DLPFC中的蛋白质水平，并用于分析AD蛋白质网络模块随年龄的变化；（b）为每个AD网络模块创建一个合成的特征蛋白，并按年龄组测量，以及与老化脑队列中的年龄相关。显示了模块M1、M3、M4和M10的合成特征蛋白分析。③ 采用PRM验证共表达网络模块蛋白的表达为了进一步验证上述研究发现，采用PRM蛋白验证对324个蛋白进行靶向验证，分析表明组学结果和PRM靶向验证结果具有很好的一致性。采用GWASs分析AD模块蛋白是否为AD疾病相关的风险因子，分析发现模块M2和M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块与AD疾病风险显著相关，表明这些蛋白共表达模块所反映的生物功能或过程可能在AD中起致病作用。鉴于M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块与AD有很强的相关性，对该模块进行了更深入的研究。小胶质蛋白markers通过表达上调来响应淀粉样β斑块，表达下调来发挥抗炎症作用。图3 | M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块富含AD遗传危险因素和抗炎症相关小胶质细胞标志物（a）采用GWASs分析AD模块蛋白是否为AD疾病相关的风险因子；（b）AD蛋白网络模块中星形胶质细胞（顶部）和小胶质细胞（底部）表型标记的富集；（c）模块M4中按模块特征蛋白相关值（kME）排列的前100位蛋白的互作网络分析；（d）AD小鼠模型中与M4模块中的蛋白质重叠的前30个差异最大的小胶质细胞的转录表达情况；④ M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块蛋白的表达水平在脑脊液中显著增加为探讨M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块中的蛋白质是否可以作为AD体液样本的生物标记物，作者分析了两个队列的脑脊液（CSF）样本的TMT标记定量蛋白质组学。在队列1中，观察到22个蛋白映射到M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块。其中CD44、PRDX1、DDAH2、LDHB和PKM蛋白显著差异性表达。在队列2中，27个蛋白映射到M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块。其中17个蛋白与队列1中重合，且在AD-CSF中表现出相同的表达趋势，在AsymAD患者的CD44、LDHB和PKM也出现显著或趋势性升高，并与认知功能相关。总之，M4节点蛋白CD44、PRDX1和DDAH2在AsymAD和AD患者中的表达显著升高。这些蛋白质也可能作为液体中的生物标志物，在疾病早期提示疾病存在。基于这些数据和分析，研究人员可以从中找出能够治疗和预防AD的新靶点，或是开发液体检测可用的生物标记物。图4 | M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块蛋白水平在AsymAD和AD-CSF中升高（a）两组脑脊液M4蛋白的分析方法；（b）测定相对蛋白水平；研究结论作者通过基于MS的蛋白质组学对2000多个大脑和近400个脑脊液样本的综合研究，提供了阿兹海默症的蛋白质网络变化和与疾病无症状和症状阶段相关的生物学变化，并强调了蛋白组学在疾病发病机理研究中的重要作用。针对这一生物学特性的项目有望用于阿兹海默症药物治疗和生物标记物开发，特别是针对促炎和抗炎星形胶质细胞和小胶质细胞的项目。作者简介Allan I. Levey博士，Emory University神经学系教授Allan I. Levey博士是埃默里大学(Emory University)神经学系教授和系主任，也是埃默里老年痴呆症研究中心(Emory Alzheimer 's Disease Research Center)主任。Levey博士是国际公认的神经生物学专家，在神经退行性疾病方面做出了诸多原创性工作。他发表了270多篇研究论文。他的工作有助于理解包括阿尔茨海默病和帕金森病在内的神经退行性疾病的大脑系统和机制，并为新的治疗策略确定分子靶点。他获得多个奖项,包括Derek Denny-Brown Neurological Scholar Award, Heikkila Research Scholar Award及 Health Advancement Research Award。Levey博士还被评为ISI神经科学领域的高引用研究员，并一直被列为美国最好的医生之一。参考文献Johnson ECB et al. Large-scale proteomic analysis of Alzheimer’s disease brain and cerebrospinal fluid reveals early changes in energy metabolism associated with microglia and astrocyte activation. Nature Medicine. 2020 Apr 13. doi:10.1038/s41591-020-0815-6END

前言阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是一种以进行性记忆力减退、认知功能下降和人格改变为主要临床表现的中枢神经系统退行性疾病，是老龄人口中发病率最高的疾病之一。2020年4月13日， 美国埃默里大学Allan I. Levey教授及其合作团队再次在国际专业学术期刊《Nature Medicine》(IF =30.641)发表了最新研究成果，报道了迄今为止最大的阿兹海默症相关蛋白质组学研究。研究人员运用定量蛋白质组学技术、加权共表达网络分析、靶向蛋白质组技术（PRM）对健康人和阿兹海默症患者的2,000多个人脑组织样本和近400个脑脊液样本进行系统分析，研究确定了反映大脑生物过程的关键蛋白质共表达网络，为阿尔兹海默症的临床诊治提供了新的治疗靶标和生物标志物。标题：Large-scale proteomic analysis of Alzheimer’s disease brain and cerebrospinal fluid reveals early changes in energy metabolism associated with microglia and astrocyte activation研究对象：认知健康、正常衰老的个体、AD患者的脑组织和脑脊液期刊：Nature Medicine影响因子：30.641发表时间：2020年4月13日研究背景阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease, AD）以β-淀粉样蛋白（amyloid-β, Aβ）过度沉积和Tau蛋白异常磷酸化为主要发病机理的神经变性疾病。然而对于AD病理生理学机制还不完全了解。研究思路文章亮点1、样本珍贵：尸检脑组织样本；2、大样本量：约2000个组织样本和400个脑脊液样本；3、多种技术：LFQ、TMT定量蛋白质组学、PRM和SRM蛋白验证等；4、多个中心：至少7个采样中心，BLSA，Banner，MSSB，ACT，Mayo，ROS/MAP，UPenn等；5、多种组织类型：3种组织样本：FLPFC背外侧前额叶皮质、temporal cortex颞叶皮质、precuneus楔前叶，以及脑脊液CSF；6、多种疾病类型：主要是AD的，还检测了其他神经退行性疾病，比如：肌萎缩侧索硬化症(ALS)、额颞叶变性伴TDP-43病理(FTLD-TDP)、进行性核上性瘫痪(PSP)、皮质基底部变性(CBD)、帕金森病和帕金森病痴呆(PD/PDD)和多系统萎缩(MSA)等。寻找AD致病最相关、以及最特异的区域/细胞/蛋白；7、采用WGCNA分析，将几千个蛋白与临床相关指标进行关联分析，得到不同功能的蛋白模块集；8、将大脑中不同细胞类型的marker基因跟不同模块集进行比对，从而形成细胞类型-蛋白模块-功能这样的关联集。（类似于单细胞测序的将marker基因跟细胞亚类和功能与疾病做关联）；9、实验设计逻辑严密、故事性强。研究内容本研究使用定量蛋白质组和加权共表达网络分析对AD进行了迄今为止最大的蛋白质组学研究。从4个研究中心收集了44例巴尔的摩衰老纵向研究（BLSA）、178例版纳太阳卫生研究所（BANNA）、166例西奈山医学院（MSSB）和65例成人思维变化研究（ACT）非北侧前额叶皮质（DLPFC）组织，总共453例对照、无症状AD (AsymAD)和AD。采用无标记定量（LFQ）对组织进行定量蛋白质组学分析，共鉴定到5688个蛋白。通过回归分析消除了年龄、性别和死后间隔（PMI）对蛋白质定量数据的影响，最终确定3334个蛋白利用加权相关网络分析算法构建蛋白共表达网络。加权基因共表达网络分析（Weighted Gene Co-Expression Network Analysis，WGCNA）是一种适合进行多样本复杂数据分析的工具，通过计算基因/蛋白间表达关系，鉴定表达模式相似的基因/蛋白集合（mole），解析mole与样品表型之间的联系，绘制集合中基因/蛋白之间的调控网络并鉴定关键调控基因/蛋白。对鉴定到的3334个蛋白进行WGCNA共表达分析，将其分为13个模块。研究结果① 构建AD共表达网络模块为了评估这些共表达模块是否与AD相关，将模块蛋白表达水平与AD、淀粉样β斑块和神经纤维缠结的神经病理学特征相关联。观察到六个模块与所有病理、认知和功能测量显著相关：模块M1突触、模块M3线粒体、模块M4糖代谢、模块M5细胞外基质、模块M6细胞骨架和模块M10 RNA结合/剪接。M4糖代谢模块显示出最强的AD性状相关性（认知r=-0.67，P=8.5×10-23；神经纤维缠结r=0.49，P=4.7×10-27；淀粉样β斑块r=0.46，P=1.3×10-23；功能r=0.52，P=2.6×10-12）。因为大脑中许多蛋白质共表达的改变可以由细胞类型的改变驱动，因此分析了每个共表达模块是否富含在特定的细胞类型中。同时为了将每个模块的细胞类型特性纳入其描述中，随后将那些细胞类型丰富的模块称为“M1突触/神经元”模块、“M2髓鞘/少突胶质细胞”模块、“M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢”模块和“M5内皮/微细胞外基质”模块。进一步研究表明在AD临床前期的病理过程中，M3线粒体和M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块的病例状态差异最大。图1 | 无症状和有症状AD脑的蛋白质网络分析（a）用WGCNA和差异丰度对对照组和AD患者（N=453）脑组织蛋白水平分析；（b）从四个独立的队列中测量的3334个蛋白质中产生了由13个蛋白质模块组成的蛋白质相关网络。② AD network与脑区、年龄、其他神经退行性疾病的关联性分析进一步分析了这些共表达模块与不同脑区、年龄、其他神经退行性疾病的相关性，发现所有的模块都与颞叶皮层相关，12个模块与楔前叶相关。M1突触/神经元模块蛋白随着年龄增加其表达水平显著降低，M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块蛋白随着年龄增加其表达水平显著升高。在FTLD-TDP和CBD病例中，M1突触/神经元和M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块蛋白表现出显著变化。图2 | 分析AD患者年龄与网络模块蛋白的相关性（a）在不同年龄死亡的认知健康人群中测定DLPFC中的蛋白质水平，并用于分析AD蛋白质网络模块随年龄的变化；（b）为每个AD网络模块创建一个合成的特征蛋白，并按年龄组测量，以及与老化脑队列中的年龄相关。显示了模块M1、M3、M4和M10的合成特征蛋白分析。③ 采用PRM验证共表达网络模块蛋白的表达为了进一步验证上述研究发现，采用PRM蛋白验证对324个蛋白进行靶向验证，分析表明组学结果和PRM靶向验证结果具有很好的一致性。采用GWASs分析AD模块蛋白是否为AD疾病相关的风险因子，分析发现模块M2和M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块与AD疾病风险显著相关，表明这些蛋白共表达模块所反映的生物功能或过程可能在AD中起致病作用。鉴于M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块与AD有很强的相关性，对该模块进行了更深入的研究。小胶质蛋白markers通过表达上调来响应淀粉样β斑块，表达下调来发挥抗炎症作用。图3 | M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块富含AD遗传危险因素和抗炎症相关小胶质细胞标志物（a）采用GWASs分析AD模块蛋白是否为AD疾病相关的风险因子；（b）AD蛋白网络模块中星形胶质细胞（顶部）和小胶质细胞（底部）表型标记的富集；（c）模块M4中按模块特征蛋白相关值（kME）排列的前100位蛋白的互作网络分析；（d）AD小鼠模型中与M4模块中的蛋白质重叠的前30个差异最大的小胶质细胞的转录表达情况；④ M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块蛋白的表达水平在脑脊液中显著增加为探讨M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块中的蛋白质是否可以作为AD体液样本的生物标记物，作者分析了两个队列的脑脊液（CSF）样本的TMT标记定量蛋白质组学。在队列1中，观察到22个蛋白映射到M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块。其中CD44、PRDX1、DDAH2、LDHB和PKM蛋白显著差异性表达。在队列2中，27个蛋白映射到M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块。其中17个蛋白与队列1中重合，且在AD-CSF中表现出相同的表达趋势，在AsymAD患者的CD44、LDHB和PKM也出现显著或趋势性升高，并与认知功能相关。总之，M4节点蛋白CD44、PRDX1和DDAH2在AsymAD和AD患者中的表达显著升高。这些蛋白质也可能作为液体中的生物标志物，在疾病早期提示疾病存在。基于这些数据和分析，研究人员可以从中找出能够治疗和预防AD的新靶点，或是开发液体检测可用的生物标记物。图4 | M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块蛋白水平在AsymAD和AD-CSF中升高（a）两组脑脊液M4蛋白的分析方法；（b）测定相对蛋白水平；研究结论作者通过基于MS的蛋白质组学对2000多个大脑和近400个脑脊液样本的综合研究，提供了阿兹海默症的蛋白质网络变化和与疾病无症状和症状阶段相关的生物学变化，并强调了蛋白组学在疾病发病机理研究中的重要作用。针对这一生物学特性的项目有望用于阿兹海默症药物治疗和生物标记物开发，特别是针对促炎和抗炎星形胶质细胞和小胶质细胞的项目。作者简介Allan I. Levey博士，Emory University神经学系教授Allan I. Levey博士是埃默里大学(Emory University)神经学系教授和系主任，也是埃默里老年痴呆症研究中心(Emory Alzheimer 's Disease Research Center)主任。Levey博士是国际公认的神经生物学专家，在神经退行性疾病方面做出了诸多原创性工作。他发表了270多篇研究论文。他的工作有助于理解包括阿尔茨海默病和帕金森病在内的神经退行性疾病的大脑系统和机制，并为新的治疗策略确定分子靶点。他获得多个奖项,包括Derek Denny-Brown Neurological Scholar Award, Heikkila Research Scholar Award及 Health Advancement Research Award。Levey博士还被评为ISI神经科学领域的高引用研究员，并一直被列为美国最好的医生之一。参考文献Johnson ECB et al. Large-scale proteomic analysis of Alzheimer’s disease brain and cerebrospinal fluid reveals early changes in energy metabolism associated with microglia and astrocyte activation. Nature Medicine. 2020 Apr 13. doi:10.1038/s41591-020-0815-6END

视觉中国供图近日，国际人类蛋白质组组织公布了2020年度权威奖励获奖名单，中国科学院院士、军事科学院军事医学研究院研究员贺福初荣获蛋白质组学杰出成就奖。贺福初院士率先提出人类蛋白质组计划的科学目标与技术路线，倡导并领衔了人类第一个关于组织、器官的蛋白质组计划，揭示了人体首个器官（肝脏）蛋白质组。2014年，贺福初院士领导启动“中国人蛋白质组计划”（CNHPP）。此次获奖是国际蛋白质组学领域对他率先提出并反复实践的“蛋白质组学驱动的精准医学”这一理念与范式的高度认可，标志着我国蛋白质组学研究再度领跑国际。那么，什么是蛋白质组学？蛋白质组学驱动的精准医学又是什么？我国当前研究进展如何？就这些问题，科技日报记者采访了贺福初院士。解密基因组需要系统认识蛋白质组蛋白质组，是指一个基因组、一个细胞或组织、一种生物体所表达的全部蛋白质。蛋白质组研究，是在整体水平上研究细胞、组织乃至整个生命体内蛋白质组成及其活动规律的科学，由此从蛋白质水平上获得关于疾病发生、细胞代谢等过程整体而全面的认识。贺福初表示：“说到蛋白质组，就不得不提到基因组。基因组和蛋白质组的关系，好比‘词典与文章’‘元素表与化工厂’的关系。随着人类等生物体全基因组序列的测序完成，科学家逐步意识到基因组只是书写了遗传密码的‘天书’，仅从基因序列的角度根本无法完整、系统地阐明生物体的功能。”“很多生命现象之谜，不能直接从基因序列中得到解答。蛋白质是生命活动的主要执行者，想要解密基因组，必须先系统认识蛋白质组。”贺福初介绍，正因如此，国际权威期刊《自然》《科学》在2001年2月公布人类基因组草图的同时，分别发表相关述评与展望，认为蛋白质组学将成为新世纪最大战略资源——人类基因研究争夺战的战略制高点之一。当月，人类蛋白质组组织（HUPO）即宣告成立。次年，“人类蛋白质组计划”（HPP）宣布启动。“人类蛋白质组计划”是继人类基因组计划（HGP）之后最大规模的国际性科技工程，也是21世纪第一个重大国际合作计划。“由于蛋白质组的研究对象远比基因组要复杂得多，需要从国家战略层面统筹规划，整合全国相关领域科研之力，配合专项资金和资源才能够推动。所以在提出之初，国际上仅有少数发达国家的几个尖端实验室开展相应的研究。”贺福初说。1998年初，国家自然科学基金委设立了“蛋白质组及其动态变化研究”重大项目。这是我国政府支持的第一个蛋白质组学研究项目，为后续实施系列蛋白质组学国家级项目并走向国际前列奠定了重要基础。打造人类蛋白质组计划的“中国模式”经过几年的探索与实践，我国率先提出“人类肝脏蛋白质组计划”（HLPP），并提出建立蛋白质组“两谱、两图、三库”的战略目标，即建立肝脏蛋白质组表达谱、修饰谱、连锁图、定位图、样本库、数据库和抗体库。2002年，国际学界启动“人类肝脏蛋白质组计划”，并于凡尔赛召开的第一届HUPO大会上正式讨论通过。2003年10月，由我国领衔、先后11个国家参与的“人类肝脏蛋白质组计划”全面启动实施。该计划是国际“人类蛋白质组计划”中第一个人体组织器官的蛋白质组计划，是中国科学家倡导和领衔的第一个国际大型合作计划。“从HLPP的提出、论证再到研究工作的展开，历时十余年之久。这是‘大科学计划’的一次意义非凡的中国实践。”贺福初说。记者了解到，在实施HLPP过程中，中国科学家先后研究了中国人胚胎肝组织和中国成人肝脏组织的蛋白质组，鉴定蛋白质超过10000种，并利用这些数据对肝脏生理功能进行了系统解读。通过前期积累，我国在蛋白质组表达谱分析的技术能力上，达到国际先进水平。2007年，蛋白质组学国家重点实验室成立。在2009年的国际蛋白质组标准物质评估中，该重点实验室的技术能力位居全球前6。2018年11月，蛋白质科学研究（北京）国家重大科技基础设施顺利通过国家验收。“有了这些积累，国家科技部首次整合973计划、863计划、国际合作计划，历经数年论证，由蛋白质组学国家重点实验室牵头，于2014年正式启动‘中国人蛋白质组计划’。”贺福初介绍，2018年项目结题时，已完成构建早期肝细胞癌及癌旁组织、弥漫型胃癌及癌旁组织、肠型胃癌及癌旁、肺腺癌及癌旁等疾病组织的深度覆盖蛋白质表达谱，数据量达到52.7TB（万亿字节），在高置信度水平上，定量鉴定人类表达蛋白质15553种，并获得疾病组织信号网络调控蛋白表达变化规律，实现潜在分子标志物和候选靶标的深入发掘。“在此基础上，CNHPP构建了系列正常器官、组织、细胞的蛋白质组定量参考谱。它们相当于人体组织器官体液蛋白质的‘北斗全球定位系统’。”贺福初说。全面分析多种人体肿瘤蛋白质组“‘精准’二字是医学界追求的目标，即通过病因的精准诊断，制定相应的精准治疗方案和预防策略。”贺福初指出。随着“人类基因组计划”的完成、基因组测序技术的不断提升以及生物信息学与大数据科学的快速发展，催生了基因组学驱动的精准医学，其中最具代表性的就是2006年由美国主导的“癌症基因组图谱计划”。但其仍有不少局限性。为此，美国在此基础上于2011年启动临床蛋白质组肿瘤分析项目，旨在用不同种类癌症蛋白质组注释其基因组全景图，创建了蛋白质组学依附于基因组学的蛋白质组—基因组学。“但这种蛋白质组学研究始终未能摆脱基因组学的先天不足。”贺福初告诉记者，“而我们的CNHPP计划另辟蹊径，对多种人体肿瘤进行了全面深入的蛋白质组分析。2018年，我们发表了弥漫型胃癌的蛋白质组全景图，建立了首个与预后相关的蛋白质组分子分型；2019年，我们率先在《自然》公布了早期肝细胞癌的蛋白质组分子分型并发现新的治疗靶标，开启了蛋白质组驱动的精准医学新时代；2020年，我们又在《细胞》相继发表了非小细胞肺癌的蛋白质组分子分型研究，再次证明了蛋白质组学在精准医学中的独特性和至关重要性，为我国持续引领国际蛋白质组学研究创造了良好的条件。”记者了解到，蛋白质组驱动的精准医学是由我国科学家首创的精准医疗新模式，是一项国际多中心、多学科协作的大科学项目，其实施的规模和复杂程度均远超HGP，对科技、经济、社会发展的推动作用也难以估量。贺福初说：“如果说抗生素的发明引发了第一代医学治疗技术革命，影像学和分子医学的发展引发了第二代医学诊断技术革命，那么，由蛋白质组学驱动的精准医学，势必带来精确诊断与精准治疗统一的第三代医学革命。”“下一步，‘中国人蛋白质组计划’团队将在国际范围部署建立蛋白质组驱动的精准医学技术体系和行业标准，进一步提升对重大、疑难疾病的‘精准定位’和‘精确打击’能力。”贺福初透露。来源：科技日报