蛋白组学研究进展

01 翻译后修饰蛋白质组学的研究蛋白质的翻译后修饰与其功能密切相关，细胞内已知的蛋白质翻译后修饰类型包括丝氨酸/ 苏氨酸及酪氨酸的磷酸化，赖氨酸的乙酰化、泛素化等。目前已有报道的翻译后修饰类型已超过400种。翻译后修饰是细胞精细调节生理活动的关键环节之一，如生物体内的信号通路的激活大部分与磷酸化修饰相关，蛋白质的降解功能大部分与泛素化修饰相关，细胞核内功能的调节与组蛋白的修饰密切相关。越来越多的研究表明，蛋白质翻译后修饰水平的异常与某些疾病的发生发展密切相关，如以磷酸化和糖基化为主的Tau蛋白异常翻译后修饰与阿尔茨海默病密切相关。生物质谱是蛋白质组学研究的核心技术平台，在蛋白质的鉴定、新修饰的发现和验证方面具有不可替代的作用。蛋白质的某一氨基酸位点发生翻译后修饰，则该位点上存在一个质量位移，这个质量位移可以在一级谱图和二级谱图上得以体现。例如，蛋白质的某个赖氨酸上发生乙酰化修饰，会导致此位赖氨酸增加42 Da的质量位移。通过对质谱数据的解析，可以对修饰类型及修饰发生的位点进行鉴定，因此生物质谱技术可以给蛋白质新修饰类型的发现和验证提供最为直接可靠的证据。组蛋白修饰参与调控许多重要的细胞生物学过程，如激活或抑制基因转录、DNA修复等表观遗传学现象，并与组织器官发育，细胞的发育、分化和正常功能等生理现象密切相关。研究发现，组蛋白修饰调控的异常与包括肿瘤、神经退行性、自身免疫在内的许多疾病的发生发展有密切关系。正由于组蛋白修饰在许多生理和病理过程中所起的关键作用，组蛋白修饰生物学的研究一直是过去20年来生物医学研究的热点。赖氨酸巴豆酰化和酪氨酸羟基化，并证明了赖氨酸巴豆酰化与基因活化密切相关，而且与减数分裂后期小鼠精子细胞的活性基因密切相关，提示该修饰可能是与精子发育密切相关的新型表观遗传调控因子。在众多赖氨酸修饰类型中，赖氨酸甲基化修饰对细胞染色质功能调控至关重要，甲基化修饰调控酶也是目前重要的药物靶标。然而由于技术局限，非组蛋白赖氨酸单甲基化修饰底物的富集和系统鉴定是目前的研究难点，极大地限制了赖氨酸甲基化修饰生物学功能的研究。02蛋白质组学在药物研究领域的应用近年来，随着蛋白质组学技术的飞速发展，该技术还被应用于药物的研究领域。尤其在药物的靶标蛋白确认、药物作用机制、寻找病变的基因等研究中发挥了极大的优势 ；在药物的治疗过程中，还可以应用蛋白质组学进行药物疗效的评估，明显提高了药物发现的效率。目前药物研发的策略主要有两类 ：基于靶标的药物研发和基于表型改变的药物发现。两者的区别在于 ：基于表型改变的药物发现是在已知表型改变和疗效的前提下，探索该活性化合物引起的生理生化表现及引起该表现的靶标蛋白 ；而基于靶标的药物研发则是在已知靶标蛋白生物学功能的前提下，在化合物库中筛选能够与该靶标蛋白发生相互作用并改变其生物活性的先导化合物。这两种策略的目的均在于发现活性化合物及其靶标蛋白，并在此基础上对活性化合物进行结构改造优化，并进行构效关系、药理学、毒理学等相关临床前研究。在这两种药物研究策略中，蛋白质组学都发挥着不可替代的作用。目前蛋白质组学已可以在一天的质谱采集时间内，在单个细胞克隆中鉴定出8000～10 000个蛋白质，因此蛋白质组学技术在靶标的鉴定方面具有高效、高准确性的优势。通过比较加“药”组和对照组在全蛋白质表达水平上的差异，并对这些差异蛋白质进行生物信息学分析，可以发现该“药”对细胞生理功能的影响，从而有助于加深对该“药”的用途及作用机制的认识。同时，在寻找药物靶点方面，蛋白质组学可以通过竞争性实验有效地将与药物相互作用的蛋白质富集，通过质谱分析鉴定找到目标靶蛋白，目前这是传统生物学手段所无法实现的。蛋白质组学不仅可以对药物靶标进行鉴定，还可以进一步探索药物与靶标的相互作用对蛋白质–蛋白质相互作用的影响。03展望生物医学研究经历了从20世纪初出现的生理学到20世纪中期分子生物学到21世纪初系统生物学的学科发展历程。这3个研究领域又具有各自方向的特点和限制。生理学主要集中于研究器官组织的功能和代谢作用，但缺乏对细胞内成分的鉴定和区分 ；分子生物学则主要集中于对生物体内成分的鉴定和功能研究，但缺点是研究的不同分子之间的关联性和相互作用性偏少 ；而系统生物学主要集中于对多学科研究领域的整合分析，但是受限于数据的质量和可信度等。因此3个学科的交流可在很大程度上相互促进和补充，有效地加速生命科学的研究，这也是今后生命科学的发展方向。此外，除了基因组、蛋白质组，生命科学领域也在进行着其他组学的研究，包括转录组学、代谢组学等，统称为泛组学（panomics）。越来越多的生命科学实验数据的提供，以及计算机技术的迅猛发展，这一系列的成果都预示着生命科学大数据时代的到来。大数据时代的生命科学研究，不仅在实验数据方面呈现出数量级的快速增长，且数据的复杂性也急剧增加，庞大的生物信息学平台也为大数据的整理分析提供了超高的速度和效率。处于大数据时代的蛋白质组学研究，不仅可以吸取和效仿其他组学的研究手段，同时也可以和其他大数据进行整合分析，从而挖掘出潜在的更有意义的信息，因此这是蛋白质组学的发展机遇 ；同时如果蛋白质组学不能进一步提高和合理地同其他大数据整合，那么也会很容易淹没在大数据的海洋中，因此大数据时代对于蛋白质组学来说也是一大挑战。随着精准医疗（precision medicine）时代的到来，蛋白质组学将成为寻找疾病分子标志物和药物靶标最有效的方法之一，可以让人们突破过去研究的束缚，以全新的、更精确、更完善的视角去认识疾病的发生和发展，精确寻找疾病原因和治疗靶点，最终实现个性化精准诊疗的目的。在对癌症、早老性痴呆、糖尿病等人类重大疾病的临床诊断和治疗方面，蛋白质组学技术具有十分广阔的应用前景，同时也可为相关疾病的早期诊断、药物靶标的发现、治疗和预后提供重要基础。但蛋白质组学要大规模应用于临床治疗研究，还有很长的路要走。蛋白质组的信息只有渗透到具体的生物学问题中才能发挥其优势，为了能够充分了解蛋白质在人体内的功能和作用，必须要充分了解人体内蛋白质的亚型和修饰的功能，而且蛋白质在体内发挥作用还可通过蛋白质复合体和蛋白质相互作用网络来实现，所以高通量、高效地研究人体内蛋白质复合体和蛋白质相互作用网络是蛋白质组学的一个更高的阶段。因此，从一定意义上讲，蛋白质组学的研究是“无止境”的。

关注我们，更多干货和惊喜好礼李宇翔 杨湘云Orbitrap自发明起，就一直是科学家实现世界顶级科研突破的有力伙伴。今天就让我们来一探全球顶尖PI发表的文章和技术成果，看看Orbitrap技术是如何助力顶级科研的Matthias Mann：基于Orbitrap的全新方法学研究，创新开发BoxCar数据采集方式为了应对蛋白质组学中的动态范围挑战，Mann Lab最近开发了 “BoxCar”的数据采集方法（Meier et al., Nat. Methods, 2018），这显著提高动态范围大的样本中的蛋白鉴定深度，例如血浆或组织样本（Geyer et al., Cell Syst., 2018, Doll et al., Nat Commun., 2017）。Orbitrap质谱仪在灵敏度和采集速度方面取得了很大进展，使蛋白质组覆盖深度范围越来越广。然而，这些进展主要局限于MS水平，而用于MS扫描的离子采集仍然非常低效。Mann Lab介绍了一种数据采集方法，称为boxcar，一级全扫时采用分段累积的方法，使得平均离子注入时间相较标准全扫描增加10倍以上。对一个人类癌细胞系进行1h分析，该方法鉴定到之前在24个组分中鉴定到的90%以上的蛋白质，并且定量到了6200多个蛋白。在小鼠脑组织中，仅在100 min内就检测到超过10000种蛋白质，并将灵敏度扩展到低阿摩尔级。Thermo Scientific Orbitrap Eclipse三合一质谱平台Matthias Mann：多组学研究进展，为建立调控潜能性状态转变的模型机制奠定了基础多潜能干细胞是高度动态且持续进展的，多潜能性的nave和primed两种状态之前已经有深入报道，但是对于两种状态之间的转换过程的研究，却仍然是不完整的。文章剖析了胚胎从着床前到着床后胚层分化的多能态转变动力学，通过对蛋白质组、磷酸化蛋白质组、转录组和基因组的综合分析，发现磷酸化蛋白质组的快速、急性和广泛变化等特点，先于基因组、转录组和蛋白质组的有序变化。文章奠定了调控潜能性状态转变模型的基础，对多潜能性的多层控制提出了全新见解。Matthias Mann：蛋白质组学助力卵巢癌标志物新靶点发现该篇发表在Nature上的文章介绍了一种全新技术：通过将激光捕获显微切割技术与基于Orbitrap的高灵敏蛋白质组分析技术相结合，从11位高级别浆液性卵巢癌(HGSC)病人石蜡包埋组织中提取了107个癌症与基质细胞，随后进行蛋白质组分析， 指出与肿瘤转移密切相关的成纤维细胞(cancer-associated fibroblast，CAF)中调控蛋白N-甲基转移酶(N-methyltransferase(NNMT))是卵巢癌发生、发展以及转移的关键调控因子，可能成为全新治疗靶点，未来同样可能为造福HGSC病人的福音。此研究基于Q Exactive 和Q Exactive HFOliver Fiehn：非靶向代谢组学中质谱结构注释有所突破尿液代谢物经常被用于许多临床和生物医学研究，但通常仅限于少数经典化合物。其实，代谢组学分析可以检测到更多的代谢信号，可以用来精确定义个人的健康状况。然而，许多化合物仍然未被鉴定，妨碍了得出相关生物化学结论。在这篇文章中，Fiehn Lab用基于HILIC-Q Exactive HF 质谱和 C18-Q Exactive HF两种非靶向代谢组学分析方法，检测到的所有代谢物。检测到9000多种代谢物，其中42%的化合物有MS/MS信息。采用标准品经过精确质量数、保留时间和二级信息鉴定了175种化合物。用一级和二级信息，鉴定到另外578个化合物。Steven Gygi：FAIMS方法的多重定量表征与优化在定量蛋白质组学中，同位素标记法是提高蛋白组定量通量、精确度的有力技术。然而，定量的动态范围和准确度可能会因标记肽段共隔离的限制，致使肽段释放的报告离子被合并定量。通常采用在线或离线过滤的方式来减轻共隔离的干扰，但是往往会导致蛋白质和肽段鉴定的缺失。为了解决这一问题，本文提出了一种高场非对称波形离子迁移质谱(FAIMS)方法，可以减少前体离子共流出、提高多重定量准确度和动态范围。在不牺牲蛋白质鉴定数量的前提下，FAIMS有力地提高了基于高分辨率MS（HRMS）和SPS-MS的定量准确度。经过进一步优化条件，使FAIMS更加稳健并提供参考方法，推动FAIMS进一步提升同位素标记定量的能力。全新的Thermo ScientificFAIMS Pro接口Bing Zhang：结合蛋白基因组与修饰蛋白组学研究，全面剖析结肠癌蛋白基因组学 (Proteogenomics) 是利用蛋白质组学数据，尤其是高精度的串联质谱数据， 结合基因组和转录组数据对基因组进行注释。除此之外，蛋白质组数据还能系统发现蛋白质特有的翻译后修饰、可变剪接等信息。Orbitrap质谱兼具高精度、高灵敏度和高稳定性等优势，可为研究人员提供强有力的生物质谱技术，已然成为蛋白基因组学研究不可或缺的一部分。本项研究中，研究人员收集了110例结肠癌样本。研究通过对来自110个结肠癌病人的肿瘤样本、临近正常组织（NATs）和血液样本，进行蛋白质组学、全外显子测序、RNA-seq、miRNA-seq研究。为了进一步探究肿瘤和正常组织中的蛋白质组差异，作者还结合TMT标记定量和磷酸化蛋白质组分析，总结肿瘤的临床和病理特征。研究证实，这些基因变异确实伴随着蛋白质组/磷酸化蛋白质组学的变化。研究人员利用基因组、蛋白组和修饰组学相结合的分析策略，首次对结肠癌的蛋白基因组进行了全面的剖析，为结肠癌研究提供了新的研究思路。随着组学研究的不断深入，质谱技术，尤其是高分辨质谱技术能够助力顶级PI在方法学研究、技术突破、精准医疗等各个领域取得新进展。Orbitrap自发明以来，有越来越多不断探索技术极限的科学家，选择Orbitrap成为研究之路上的伙伴；随着时间的推移，正是越来越多科学家的认可，造就了Orbitrap如今组学研究领域金标准的地位，也成为顶尖PI创新研究的共同选择。希望下个20年，Orbitrap能为科学家们带来更具创新性、更突破极限的助力，一起携手，让世界更健康、更清洁、更安全。参考文献：[1] BoxCar acquisition method enables single-shot proteomics at a depth of 10,000 proteins in 100 minutes. Nature Methods. 2018.[2] Multi-omic Profiling Reveals Dynamics of the Phased Progression of Pluripotency. Cell Systems. 2019.[3] Structure Annotation of All Mass Spectra in Untargeted Metabolomics. Cell Systems. 2019.[4] Proteomics reveals NNMT as a master metabolic regulator of cancer-associated fibroblasts. Nature. 2019.[5] Structure Annotation of All Mass Spectra in Untargeted Metabolomics. Anal Chem. 2019.[6]. Vasaikar S, Huang C, Wang X, et al. Proteogenomic Analysis of Human Colon Cancer Reveals New Therapeutic Opportunities. Cell. 2019赛默飞Orbitrap Eclipse三合一超高分辨质谱仪解决方案如需合作转载本文，请文末留言。

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

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

1，Nature Medicine重磅突破，报道迄今为止最大规模的阿尔兹海默症蛋白组学研究来源：精准医学与蛋白组学蛋白组学揭示衰老与AD的关联4月13日， Allan I. Levey教授及其合作者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。研究人员运用蛋白质组学技术、共表达网络分析、和靶向蛋白质组技术（PRM）对健康人和患有阿兹海默症患者的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。2，Nat Neurosci | 渐冻症和额颞叶痴呆患者中C9ORF72蛋白功能缺失和获得性毒性的协同致病机制来源：BioArt肌萎缩性侧索硬化症（ALS）也称渐冻症，是进程迅速、致死率高的运动神经元疾病。额颞叶痴呆（FTD）属于第二大家族遗传性认知障碍，主要影响人格、社会行为和语言功能。研究表明，在许多ALS和FTD患者中都存在六碱基(GGGGCC)重复序列扩增变异。这个独特的重复序列扩增发生于一个之前未被详细研究过的9号染色体ORF72位点基因（C9orf72）的非编码区，是迄今为止最常见的家族性ALS和FTD的致病因素。根据病人的临床病理数据，可能的C9orf72基因突变的致病机制主要包括C9ORF72蛋白功能缺失 (loss of function)和获得性毒性（gain of toxicity），后者来源于包含重复序列的C9orf72 RNA及其二肽重复蛋白(dipeptide repeat proteins, DPRs)。4月13日，加州大学圣地亚哥分校路德维格研究所Don Cleveland团队在Nature Neuroscience杂志上发表题为“Reced C9ORF72 function exacerbates gain-of-toxicity from ALS/FTD-causing repeat expansion in C9orf72” 的研究论文，证明了在ALS和FTD中，C9ORF72蛋白功能缺失会进一步加剧C9orf72重复序列的毒性。3，AI追踪心脏血流 |《自然-机器智能》来源：Nature自然科研《自然-机器智能》发表的一篇论文Deep variational network for rapid 4D flow MRI reconstruction 介绍了一种人工智能（AI）系统可以加速对心血管血流的扫描。这个深度学习模型有望让临床医师在患者接受核磁共振扫描的同时，实时观察血流变化，从而优化诊断工作流。这个AI系统还能在20秒左右的时间里重建一次扫描，比目前尖端的传统方法快30倍，比之前的深度学习方法快4.2倍。4，抑郁症研究重大进展——关键蛋白质的鉴定可能带来更有效的抗抑郁药物来源：大话精神最近发表在《自然通讯》(Nature Communication)杂志上的一篇论文强烈建议，一种特殊的蛋白质——GPR56——与抑郁症的生物学和抗抑郁药物的作用有关。研究小组相信，这种蛋白质可以为新的抗抑郁药物提供一个新的靶点。这项研究由麦吉尔大学的Gustavo Turecki教授和道格拉斯精神健康大学研究牵头。在小鼠试验中，结果显示了慢性应激诱导的GPR56在血液和前额叶皮层（PFC）中下调，伴随着抑郁样行为，并且可以通过抗抑郁药逆转。小鼠PFC中GPR56的下调与抑郁样行为，执行功能障碍和对抗抑郁药治疗无应答有关。GPR56肽激动剂具有抗抑郁样作用，可上调AKT/GSK3/EIF4通路。该发现揭示了GPR56在抗抑郁反应中的潜在作用。5，超1/3新冠患者有神经系统症状，武汉协和医院团队JAMA子刊发文提醒来源：医学新视点除了对眼部感染和胃肠道症状的发现讨论，华中科技大学同济医学院附属协和医院团队近日报告了新冠病毒相关的三大类神经系统表现，常见表现有头晕、头痛、味觉障碍、嗅觉障碍、肌肉损伤等，重症患者甚至会出现中风和意识障碍。而且，部分患者没有其他典型首发症状。研究发表于《美国医学会杂志-神经病学》。在同期发表的社论中，加州大学旧金山分校神经科学教授Sam Pleasure博士和该期刊的两位编辑称赞，“虽然全面了解COVID-19的神经系统疾病谱还需要大量知识和数据，但这项研究打开了一扇窗户，提醒新冠大流行的一线诊治需要关注神经系统。”6，Nature Biotechnology: EEG特征预测重度抑郁症的抗抑郁药反应来源：思影科技华南理工大学和斯坦福大学研究人员在Nature Biotechnology杂志发表文章，试图识别抗抑郁药治疗反应的神经生物学特征（与安慰剂相比）。本研究开发了一个适用于静息态EEG（rsEEG）的潜在空间机器学习算法（latent-space machine-learning algorithm），并将其应用到安慰剂-对照抗抑郁药研究的数据中（n=309）。抗抑郁药舍曲林rsEEG模型（与安慰剂相比）可以稳健预测症状改善，并且应用于不同的研究地点和EEG设备上。这种舍曲林-预测的EEG特征可推广到另外两个抑郁样本，它反映了普遍的抗抑郁药物反应，并与rTMS治疗结果有相关。此外，通过同步TMS和EEG测量，研究者发现舍曲林rsEEG特征表征前额叶的神经反应。该研究通过EEG计算模型促进了对抗抑郁药治疗的神经生物学理解，并为抑郁症的个性化治疗提供了临床手段。7，Neurocase：冥想竟然可以延缓衰老！来源：转化医学来自威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin-Madison)和哈佛医学院(Harvard Medical School)的一组研究人员发现，有证据表明，每天冥想可能会延缓大脑衰老。在他们发表在《Neurocase》杂志上的论文中，该小组描述了他们对一名每天冥想的佛教僧侣的研究，以及他们从他身上学到了什么。前文阅读1，脑科学日报｜多动症孩子为何睡不好？针灸可以缓解偏头痛2，脑科学日报｜超声波助力老年痴呆治疗；5-羟色胺平衡大脑内部交流

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

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2020年3月欧易/鹿明生物合作客户中国农业大学高振江教授在Food Chemistry期刊上发表题为“Radio frequency treatment accelerates drying rates and improves vigor of corn seeds”的研究成果。本研究利用iTRAQ标记定量蛋白质组学技术及其它生理生化实验技术探索了结合射频（RF）和热风干燥（HAD）技术RF-HAD在玉米种子上的应用。结果显示，RF-HAD具有加快干燥速度和提高活力的优点，因此可应用于种子干燥。此外，它还有助于更好的储存，因为它有利于种子在干燥过程中具有高活力的休眠。该研究结果将为玉米种子的工业规模干燥提供理论指导。中文标题：射频处理可加快干燥速度并提高玉米种子的活力研究对象：玉米种子发表期刊：Food Chemistry影响因子：6.306发表时间：2020年3月合作单位：中国农业大学运用欧易/鹿明生物技术：iTRAQ标记定量蛋白质组学（由鹿明生物提供技术支持）研究背景玉米（Zea mays）具有很高的营养价值和药用价值，是世界上最重要的谷物作物之一。玉米在收获时总是有很高的水分含量，种子需要干燥至安全的状态，以保持生化稳定。新鲜收获的种子通常在形态上成熟，为使胚胎发育到生理成熟，必须有一个后熟期。由于具有这种后熟功能，干燥可以保证种子质量，它也是抑制微生物生长的重要方法。在种子发芽的初级阶段，无法进行光合作用，而胚和胚乳中的营养成分（例如蛋白质，脂肪和淀粉）则为新陈代谢和呼吸提供了能量。因此，保持营养成分和种子活力势在必行，这可以通过均匀且快速干燥来实现。作为体积加热方法，射频（RF）加热可以通过分子旋转和带电离子振荡在材料内部产生热量，以便材料可以均匀加热而不会产生热梯度。但是，种子对热敏感。应用于玉米种子的射频技术的研究是有限的。很少有研究全面探索不同RF-HAD条件下干燥的玉米种子的活力，特别是与其他干燥方法相比。本研究通过干燥特性，种子活力评估和iTRAQ标记定量蛋白质组学技术对两种方法（HAD和RF-HAD）之间的干燥样品进行比较分析，以期为为玉米种子的工业规模干燥提供理论指导。研究思路研究结果1、干燥特性作者首先比较了两种干燥方法的干燥特性，结果如图1和2所示。根据图1（b）所示，在每次回火过程之后，HAD干燥速率得到了改善。通常，较短的回火间隔（意味着较高的干燥频率）导致较快的干燥速率。如图2（b）所示，在HAD的第一阶段，干燥时间为10分钟的干燥速率最低，这是因为获得的材料温度最低（约34℃），而其他材料的最低温度（超过36℃）表明那10分钟不足以加热玉米种子。虽然在干燥过程中观察到30分钟和40分钟的干燥时间达到热平衡，这表明干燥时间可能会有点多。由于干燥回火频率高，因此从样品中获得更高的干燥速率，干燥持续时间为10分钟。但是，增加的干燥回火频率不适合保留种子质量，因为获得了更多的开裂（根据表2），而降低的回火频率则会阻碍其干燥速度。因此，最佳的HAD条件应该是在40℃下干燥20分钟。图1 | 分别在HAD和RF-HAD不同干燥条件下玉米种子的干燥曲线（a）和干燥速率曲线（b）根据图1，RF-HAD玉米种子的干燥速率随电极间隙的增加而降低。如图1所示，很容易得出结论，与HAD相比，RF-HAD可以显著提高干燥速率。例如，当玉米种子干燥至水分含量为0.29（db）时，RF-HAD在电极间隙为160 mm时的平均干燥速率为0.0605 g /（g * h），而在20分钟，100分钟回火下的HAD值为0.0296 g /（g * h）。即使样品重量是HAD的三倍（630 g / 200 g = 3.15），RF-HAD的干燥时间也不到HAD的三分之一。图2 | RF-HAD样品在不同电极间隙处的温度历史曲线（a）和HAD样品在不同干燥时间下的温度历史曲线（b）2、玉米种子的韦布尔模型之后，作者利用韦布尔模型对种子的干燥过程进行模拟，β是形状参数，与干燥速率和干燥方法有关，当β大于1时，表明干燥速率在早期阶段先增加然后降低，而当β在0.3到1范围内时，干燥过程将下降。表1给出了两种干燥方法的玉米种子的Weibull模型模拟结果。标度参数α表示去除样品中63％水分的估计时间，对于HAD样品为这个时间为14.47至16.94 h，对于RF-HAD样品为5.03至5.92 h，这与RF-HAD加速干燥玉米种子比率这一事实相吻合。对于HAD样品，形状参数β小于0.706，而对于RF-HAD样品，形状参数β小于0.86。两种方法的β值均小于1，这表明玉米种子的两种干燥方法均处于降速干燥过程中。测定系数（R2）高于0.9976，表明了韦布尔模型的合理性。表1 | 两种干燥方法在不同条件下的威布尔模型仿真结果根据表1，随着HAD干燥时间的延长或RF-HAD电极间隙的增加，Dcal，W和Deff，F均大致降低。但是，RF-HAD样品的值受到RF电极间隙的影响很大，高于HAD样品，表明RF-HAD期间的内部水分迁移快于HAD过程中的水分迁移，这与干燥速率的结果一致。通过相同的干燥方法，未观察到与物理尺寸高度相关的Rg的显著差异，其原因可能是对于像玉米这样的硬皮种子而言，干燥过程中的尺寸收缩最小。3.能量消耗在给定的玉米种子初始重量（m0 = 0.63 kg）的情况下，随着RF电极间隙（dp）的减小，施加到处理过的玉米种子上的RF功率（PRFm）以及RF功率效率（η）相应增加，在RF-HAD期间，RF比能耗（eRF）降低了。在确定的电极间隙（dp = 160 mm）下，待干燥的玉米种子越多，待干燥的材料吸收的射频功率就越多，因此，功率效率（η）升高， eRF减少。考虑到与HAD相比，RF-HAD可以处理的材料量更多，因此，作者在RF-HAD中施加的初始重量也比HAD大，此外，回火后的RF-HAD比能耗要小于回火后的HAD。在本研究中，使用了极少量的玉米种子以达到更好的干燥均匀性，从而进行活力评估。因此，单位能耗相对较高。在工业应用中，将应用更大的初始重量，因为随着初始重量的增加，RF比能耗会急剧下降，因此RF-HAD在玉米种子干燥中具有潜在的优点。回火处理有助于降低单位能耗，因此，在工业应用中，由于能耗低，可以提倡回火处理。4. 活力评估然后，作者对两种干燥方法的种子活力进行评估，评价结果如表2所示。RF-HAD干燥样品的脱氢酶活性（DHA）显著高于HAD干燥样品的DHA，RF-HAD样品的开裂率（CR）值小于HAD的CR。RF-HAD可以更好地降低内部热量和水分梯度，因为降低了玉米粒中的水蒸气分压，从而减少了应力开裂并减少了胚胎损伤。但是，RF-HAD样品的发芽率（GP）小于HAD样品的GP。GP较高的种子通常显示出更好的活力，但高活力的种子并不总是表明发芽能力强。可能是因为不同的材料适应不同的发芽检测方法。一些研究建议不要使用发芽试验作为描述种子活力的唯一关键方法。种子发芽是一个复杂的过程，在此过程中需要适当的条件，包括温度，湿度和种子养分含量。但是，即使在休眠期间，即使在合适的环境中，种子也很少发芽。在这项研究中，通过RF-HAD和HAD处理确保了样品的发芽测试环境相同，但是处理后的GP和DHA的结果却相反。由于经过RF-HAD处理的未发芽种子在发芽试验后状况良好，可以推测通过RF-HAD处理的玉米种子可能进入休眠期，导致GR异常降低。表2 | 比较两种干燥方法的种子活力5.休眠对GP的影响作者进一步对休眠处理前后的干燥玉米种子GP进行分析，结果如表3显示。在两次干燥处理之后，GP均非常低，一个月后，GPs继续降低至很小的值。然而，在休眠中断处理之后，对于HAD和RF-HAD样本，GP分别观察到18％和48％的GP增量，初步表明与RF-HAD样本的高DHA相对应的低GP是由于休眠。作者在这项研究中使用的玉米种子品种表现出其在耐热性和耐干性方面的优点，它具有非常厚且坚韧的种皮，可能导致水和空气难以渗透到种子中，从而导致休眠。经过休眠处理后，具有较高DHA的RF-HAD玉米样品的GP高于预期的HAD样品，这表明RF有助于增加种子的活力和种子的GP。但是，GP仍低于可接受的标准。表3 | 玉米种子休眠试验前后的发芽率6.iTRAQ蛋白质组学分析通过iTRAQ技术进一步比较了本研究中的两个最佳样品，即RF-HAD样品在160 mm的电极间隙处干燥，以及HAD样品在40℃干燥20分钟的干燥时间。6.1:差异蛋白质鉴定（DAP）在两组样品中，共鉴定出3427种蛋白质，其中2582种蛋白质具有定量信息。在干燥样品中鉴定出78种DAP，其中与HAD干燥样品相比，RF-HAD干燥样品中48个DAPs丰度增加， 30个DAPs丰度降低。在最近的研究中，一般认为种子休眠的主要原因是皮质功能障碍，胚胎休眠和发芽抑制剂。RF-HAD样品中的许多抑制剂蛋白要比HAD样品中的抑制剂蛋白高，如抑制素，半胱氨酸蛋白酶抑制剂，木聚糖酶抑制剂蛋白和线粒体抑制剂。这可能是RF-HAD样品具有较高DHA但具有较低GP的原因。球蛋白是一种与代谢高度相关的蛋白质，RF-HAD样品中的球蛋白高于HAD样品，这与RF-HAD样品比HAD样品具有更高的活力这一事实相吻合。RF-HAD样品中某些DAP的丰度降低是与代谢相关的酶，例如蔗糖合酶，其降低表明酶促反应减弱，导致蔗糖合成减少，这在植物生长和渗透调节中起着至关重要的作用。6.2 :DAP的生物信息学分析为了识别DAP的功能特征，进行了GO注释和富集分析。如图3所示，按生物学过程，分子功能和细胞成分分类的蛋白质分为40多个功能组。在生物学过程中（图3B），蛋白质主要参与种子成熟，分解代谢过程和胚胎发育。在细胞成分组中（图3C），蛋白质主要与细胞质，液泡和膜有关。在分子功能类别中（图3D），蛋白质主要负责半胱氨酸型内肽酶抑制剂的活性，β-脲基丙酸脂酶的活性和肽酶抑制剂的活性。因此，RF-HAD可能由于分解代谢过程中的调节，细胞质或液泡组分的变化以及抑制剂的增加而帮助玉米种子休眠。图3 | RF HAD和HAD干玉米种子之间的GO注释和DAPS富集相关讨论回火过程可以在一定程度上提高HAD的干燥速率，同时延长总干燥时间。对RF-HAD的干燥特性和活力评估表明，减少的电极间隙影响了种子活力，同时降低了比能耗。对这两种方法的比较研究表明，在RF-HAD工艺中，干燥速率显著提高，即使样品重量增加三倍，其干燥时间仍不到HAD的三分之一。在RF-HAD样品中获得了较高的DHA和较低的GP。休眠处理后GP的增加表明RF-HAD干种子处于休眠状态。与HAD样品（在40℃，干燥时间为20分钟的干燥时间）相比，RF-HAD样品中鉴定出78个DAP（电极间隙为160 mm），其中48个上调，30个下调。生物信息学分析结果表明，RF-HAD样品的生物学过程、细胞成分以及酶抑制剂可能会发生变化。RF-HAD具有加快干燥速度和提高活力的优点，因此可应用于种子干燥。此外，它还有助于更好的储存，因为它有利于种子在干燥过程中具有高活力的休眠。对于玉米种子的工业规模干燥，就能耗而言，可提倡采用回火的RF-HAD。研究结论本研究利用iTRAQ标记定量蛋白组学技术及其它生理生化实验技术探索了结合射频（RF）和热风干燥（RF-HAD）技术在玉米种子上的应用，为了更好地表明将RF-HAD应用于玉米种子的可行性，对回火间歇式热风干燥（HAD）进行了比较。电极间隙的减少与平均加热速率和功率效率的提高相对应，从而导致种子活力和比能耗降低。与HAD相比，RF的帮助显著提高了玉米种子的干燥速率，并将干燥时间缩短了多达70％。与HAD样品相比，RF-HAD样品中的脱氢酶活性（DHA）较高，但发芽率（GP）较低。打破休眠结果以及iTRAQ蛋白组分析显示，玉米种子通过RF-HAD提升为休眠状态。该研究结果将为玉米种子的工业规模干燥提供理论指导。蛋白组学在食品储藏研究中的应用本篇是一篇典型的标记定量蛋白质组学在食品储存方面的应用客户文章，鹿明生物不仅可以采用iTRAQ蛋白质组学技术运用到科学研究中、同时也推出了TMTpro 16 plex标记蛋白质组学：一次可同时标记16个样本，可帮助解决您的实验设计是4组3重复，5组3重复等样本的设计；产品特点：高通量提高数据稳定性定量准确度高详情请戳：技术升级 | 鹿明生物正式推出TMTpro 16 plex蛋白组学研究技术欢迎百度搜索访问鹿明生物官网咨询另，鹿明生物也推出了针对蛋白组学的最新课程，欢迎百度搜索易明学院进行访问观看学习~猜你还想看◆鹿明生物：Cell报道丨西湖大学郭天南等首次揭示新冠患者蛋白质分子病理全景图◆鹿明生物：盘点 | 医学方向2020年度最佳项目文章TOP5，总影响因子：61.414◆鹿明生物：数据质控“小法宝”，同款Tips你值得拥有~◆鹿明生物：跨年项目文章 | 两篇连发~转录组+蛋白组学对水生生物中纳米塑料毒性机理研究END文章来源于鹿明生物

2020年1月欧易/鹿明生物合作客户中国航天员中心李勇枝教授课题组在BMC Genomics发表了题为 “Integrated proteomic and metabolomic analysis to study the effects of spaceflight on Candida albicans”的研究成果，通过蛋白质组学和代谢组学研究方法，探究了航天过程对白色念珠菌的影响机理，数据为评估白色念珠菌对宇航员的危害、阐明相关机制及预防相关疾病提供了理论依据。中文标题：整合蛋白质组学和代谢组学分析研究航天对白色念珠菌的影响研究对象：白色念珠菌发表期刊：BMC Genomics影响因子：3.594发表时间：2020年1月合作单位：中国航天员中心运用生物技术：蛋白质组学(由鹿明生物提供技术支持)、代谢组学研究背景近年来，随着空间技术的发展，微生物空间安全已成为研究热点。白色念珠菌是一种常见的条件病原体，通常寄生在人的皮肤、口腔、泌尿道和生殖系统上。白色念珠菌的致病性可能会随着外部环境的变化而改变。据报道，包括白色念珠菌在内的微生物在国际空间站中的增殖速度更快，从而增加了感染的风险。并且太空环境可能会改变微生物的生理和毒力。此外，对宇航员的免疫学调查还发现了包括淋巴细胞增殖、细胞因子产生和白细胞亚群的重新分布等失调。综合来讲，白色念珠菌的存在对宇航员的健康构成了潜在威胁。然而，关于空间环境下白色念珠菌的分子机制变化知之甚少。此项研究中，作者采用了蛋白质组学和代谢组学相结合的方法来研究实践十号卫星携带的白色念珠菌，这是首次探索航天环境对白色念珠菌影响的多组学研究。研究思路研究结果1.航天环境对白色念珠菌的影响实验组白色念珠菌暴露于太空环境后，于SDB培养基中复苏，并通过测量OD600评估其存活率。对照组为地面上培养的白色念珠菌。与对照组相比，实验组白色念珠菌增殖能力变强（图1A）、生物膜量变大（图1C）、形态发生变化（丝状形态变多，图1D）、抗氧化能力增强（图1E）。但是，两组白色念珠菌在耐酸、耐碱、耐酒精和耐盐方面没有发现显著差异。而毒力实验的结果显示，与对照组相比，实验组具有更强的细胞毒性。总而言之，暴露于航天环境后，白色念珠菌的增殖率、生物膜形成量、抗氧化能力和细胞毒性都增加了。图1 | 航天环境对白色念珠菌的影响（A）白色念珠菌生长曲线（B）白色念珠菌菌落皱褶形成实验（C）生物膜相对形成量（D）白色念珠菌细胞形态的扫描电镜实验结果（E）抗氧化能力比较（0.0003 % 过氧化氢）*P＜0.052.白色念珠菌的蛋白质组学分析TMT蛋白质组学共鉴定出3670种蛋白质，并定量了3499种蛋白质。与对照组相比，实验组中有548种蛋白上调和332种蛋白下调（adjusted P < 0.05; fold change ≥1.2; 图2A）。聚类分析（图2B）和主成分分析（图2C）发现实验组和对照组区分显著，这反映了暴露于航天环境后白色念珠菌中蛋白质表达的显著变化。为了确定航天环境下白色念珠菌的生物学功能变化，作者用差异表达蛋白进行了KEGG富集分析（图2D）。在实验组的548种上调蛋白中，富集到了核糖体和DNA复制通路，这说明实验组白色念珠菌的增殖速率增加。此外，碱基切除修复通路也被富集，该通路与DNA损伤修复有关，这可以解释实验组抗氧化能力的增强。在实验组下调蛋白中，富集到了多个代谢通路（例如碳代谢，次生代谢物的生物合成，乙醛酸酯和二羧酸酯代谢，丙酸酯代谢，苯丙氨酸代谢，酪氨酸代谢和脂肪酸降解），而硫代谢通路相关蛋白却在实验组上调，这反映了实验组白色念珠菌中复杂的代谢变化。图2 | 白色念珠菌蛋白质组学分析（A）差异蛋白火山图（B）白色念珠菌蛋白质表达谱聚类分析（C）白色念珠菌蛋白质表达谱PCA分析（D）KEGG富集分析3.白色念珠菌的代谢组学分析为了研究航天对代谢的影响，作者使用UPLC/MS的代谢组学方法对白色念珠菌中的代谢物进行了非靶向代谢组学分析。在白色念珠菌的实验组和对照组中共鉴定出257个峰。OPLS-DA分析鉴定出五个显著差异特征峰（P <0.05，VIP> 1）。其中实验组有2个上调的代谢物，3个下调的代谢物（图3A和B）。整合分析蛋白质组学和代谢组学结果，发现嘌呤代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢以及丙氨酸，天冬氨酸谷氨酸代谢这三个通路中的蛋白质和代谢物在实验组中发生变化。图3 | 白色念珠菌差异代谢物（A）实验组上调代谢物散点图（B）实验组下调代谢物散点图相关讨论白色念珠菌是一种机会致病性酵母菌，通常以共生生物的形式存在，但在多种条件下对免疫功能低下的个体可能具有致病性。长期太空飞行可能会对宇航员的免疫系统产生不利影响。先前报道[参考文献1-2]模拟微重力可极大地促进了白色念珠菌的生长速度，且其生长导致生物体的丝状形式增加，与致病性增强相一致。这些研究表明，空间环境中存在白色念珠菌可能会威胁宇航员的健康。本文作者探索了暴露于太空环境后白色念珠菌的表型变化。研究观察到实验组中白色念珠菌的增殖速率和丝状形态增加，这与以前的报道一致。此外，文章发现实验组白色念珠菌的生物膜相对形成、抗氧化能力和细胞毒性都增加了。对白色念珠菌的蛋白质组学和代谢组学结果综合分析表明，半胱氨酸和蛋氨酸在实验组中被积累（包括合成酶的上调、消耗酶的下调、蛋氨酸挽救途径的上调等）。有趣的是，许多研究报道[参考文献3-4]蛋氨酸和半胱氨酸生物合成途径中的大多数基因在白色念珠菌生物膜形成过程中均上调。蛋白质组学和代谢组学整合分析结果与观察到白色念珠菌表型变化相一致。研究结论本文结合蛋白质组学和代谢组学技术探索了航天环境对白色念珠菌的影响。与对照组相比，航天组的白色念珠菌中增殖速率、生物膜形成、抗氧化能力、细胞毒性和丝状形态增加。蛋白质组学分析鉴定出3670种蛋白质，且实验组和对照组的蛋白质表达谱可显著区分。差异蛋白富集分析表明，核糖体、DNA复制、碱基切除修复和硫代谢通路相关蛋白在实验组中显著上调，而许多代谢过程中的蛋白质则在实验组中显著下调。蛋白质组学和代谢组学的结合分析显示，实验组白色念珠菌中半胱氨酸和蛋氨酸被积累。本文首次应用蛋白质组学和代谢组学研究航天环境下白色念珠菌的分子变化，结果发现分子变化与表型变化相互印证，该数据有助于评估白色念珠菌对宇航员的危害、阐明相关机制及预防相关疾病。小鹿推荐随着载人航天技术的不断发展，空间微生物安全问题已成为相关领域的研究热点。以往研究方向多集中于航天环境对微生物的表型影响，而基于多层组学的机制研究较少。本文是中国航天员中心李勇枝团队在实践十号卫星中微生物研究系列中的一篇，作者通过蛋白质组学和代谢组学技术对航天环境影响白色念珠菌的机制进行了深入研究，并与表型实验结果相互印证，其严谨的实验思路和深入地研究结果，值得借鉴和参考。部分参考文献：[1] Jiang W, Xu B, Yi Y, et al. Effects of simulated microgravity by RCCS on the biological features of C. albicans[J]. Int J Clin Exp Pathol, 2014, 7(7): 3781-90.[2] Altenburg S D, Nielsen-Preiss S M, Hyman L E. Increased filamentous growth of C. albicans in simulated microgravity[J]. Genomics Proteomics Bioinformatics, 2008, 6(1): 42-50.[3]Li D D, Wang Y, Dai B D, et al. ECM17-dependent methionine/cysteine biosynthesis contributes to biofilm formation in C. albicans[J]. Fungal Genet Biol, 2013, 51: 50-9.[4] Garcia-Sanchez S, Aubert S, Iraqui I, et al. C. albicans biofilms: a developmental state associated with specific and stable gene expression patterns[J]. Eukaryot Cell, 2004, 3(2): 536-45.猜你还想看◆蛋白组学+代谢组学：项目文章mSystems | 蛋白组学+代谢组学分析指导生产应用：人工窖泥培养技术及白酒质量优化◆蛋白组学+代谢组学：项目文章 |蛋白组学+代谢组学汕头大学医学院对急性心肌缺血（AMI）诱导的致死性心室快速心律失常（LVTA）的潜在生物标志物研究◆蛋白组学+代谢组学：项目文章 | 中国药科大学运用非标记蛋白组学和非靶向代谢组学对不同地域生姜特性研究◆蛋白组学+代谢组学：Gut. |浙大医学院附属第一医院梁廷波教授课题组白雪莉博士运用蛋白组学+代谢组学分析肝细胞癌异质性及免疫表型分类END文章来源于鹿明生物