■ 采訪 /王彥文 受訪 /丁 琛

精準醫(yī)學的實現(xiàn)，離不開蛋白質(zhì)組的發(fā)展，因為蛋白質(zhì)組能夠更加直觀地反映我們身體的狀況。

提到精準醫(yī)療，很自然聯(lián)想到的一個詞是基因測序，基因是生命的遺傳密碼，很多疾病都可以從基因?qū)用娴玫浇忉尯椭委煛Ｈ欢?，人類個體的性狀并不是只由DNA決定的，根據(jù)現(xiàn)代生物學的中心法則，遺傳物質(zhì)的編碼信息是從DNA，通過RNA，最終翻譯成蛋白質(zhì)來體現(xiàn)的，蛋白質(zhì)才是生命活動的最終執(zhí)行者。蛋白質(zhì)組能夠更加直觀地反映我們身體的狀況，因此，精準醫(yī)學的實現(xiàn)，離不開蛋白質(zhì)組的發(fā)展。

遮蓋在基因組背后的蛋白質(zhì)組

一直以來，蛋白質(zhì)組的發(fā)展，無論是基礎研究還是技術(shù)應用都相對不夠成熟，這也導致了蛋白質(zhì)組一直被遮擋在基因組巨大的光環(huán)后。2001年，第一個人類基因組草圖被描繪出來；2014年，蛋白質(zhì)組草圖繪制完成。蛋白質(zhì)組的發(fā)展整整落后了基因組13年。無論是美國，還是中國，都把基因組作為精準醫(yī)學的核心，以致于在很長一段時間中，蛋白質(zhì)組學被稱為“功能基因組學”，甚至“后基因組學”，當作基因組學的一部分而存在。

和基因組相比，蛋白質(zhì)組要更加復雜，我們每個人的身體中只有一套基因組，蛋白質(zhì)的數(shù)量卻遠遠超過基因的數(shù)量。同一個基因，通過不同的剪接、翻譯后修飾等可以形成多個不同的蛋白質(zhì)，在不同的組織中、不同的生理條件下，蛋白質(zhì)組的成分都是不同的。細胞中蛋白質(zhì)的含量差距非常大，對于一些低豐度的蛋白質(zhì)，現(xiàn)在的技術(shù)很難檢測到，此外，蛋白質(zhì)無法像基因組那樣進行擴增，所以要實現(xiàn)蛋白質(zhì)組測序的全覆蓋是很困難的事情。如果不能做到深度覆蓋，就無法像基因組那樣去全面地了解健康和疾病狀況下身體的差異。蛋白質(zhì)組學發(fā)展的局限性，很大程度是受到技術(shù)發(fā)展的滯后性的影響。復旦大學生命科學學院丁琛研究員說，15年前，他開始做蛋白質(zhì)組研究的時候，要對一個樣本中的蛋白質(zhì)完全進行檢測可能需要小半年的時間。丁琛研究員一直深耕在蛋白質(zhì)組學領(lǐng)域，致力于發(fā)展蛋白質(zhì)組學新技術(shù)和新方法、蛋白質(zhì)組的轉(zhuǎn)錄調(diào)控研究和高維度關(guān)系的解析。

“最近幾年，技術(shù)滯后的問題已經(jīng)在逐漸解決了，現(xiàn)在，質(zhì)譜儀已經(jīng)能夠在一天之內(nèi)完成一個樣本1萬多種蛋白質(zhì)的檢測，覆蓋程度已經(jīng)非常接近轉(zhuǎn)錄組。

蛋白質(zhì)組迅速發(fā)展

“最近幾年，技術(shù)滯后的問題已經(jīng)在逐漸解決，現(xiàn)在，質(zhì)譜儀已經(jīng)能夠在一天之內(nèi)完成一個樣本1萬多種蛋白質(zhì)的檢測，覆蓋程度已經(jīng)非常接近轉(zhuǎn)錄組?！倍¤⊙芯繂T介紹說，“當下，蛋白質(zhì)組測序的瓶頸在于測序通量不夠，還不能像基因組那樣實現(xiàn)大通量測序?！?/p>

基因組學的迅速發(fā)展，得益于基因測序技術(shù)的進步。過去的20年間，質(zhì)譜技術(shù)的高速發(fā)展也極大地推動了蛋白質(zhì)組的發(fā)展?，F(xiàn)在，新型的質(zhì)譜儀一小時可以對6 000種蛋白進行檢測，一個人類組織樣本從進入機器檢測到出結(jié)果只需要幾個小時，對未知蛋白質(zhì)的鑒定、靶向蛋白質(zhì)定量、蛋白質(zhì)降解的研究等都在走向臨床。丁琛研究員介紹說：“雖然現(xiàn)在蛋白質(zhì)組檢測的通量還達不到基因組的水平，但是在檢測速度以及深度上是完全沒有問題的?！彪S著技術(shù)的進步，很多曾經(jīng)只側(cè)重于研究基因組的項目，也開始紛紛轉(zhuǎn)向蛋白質(zhì)組學。

2016年初，美國前總統(tǒng)奧巴馬啟動癌癥“登月”計劃（Cancer Moon Shot 2020），讓精準醫(yī)學正式落地。蛋白質(zhì)作為生命活動的實際承擔者和大多數(shù)藥物的治療靶標，在精準醫(yī)學中的重要性不言而喻，越來越多的科學家呼吁將蛋白質(zhì)組也列入計劃之中。2016年7月，美國退伍軍事事務部（VA）、美國國防部（DoD）和美國國家癌癥研究所（NCI）三部門聯(lián)合宣布將基因組和蛋白質(zhì)組作為常規(guī)檢測手段，對癌癥患者進行個性化研究。2016年9月，7個國家和地區(qū)（澳大利亞、韓國、中國、中國臺灣、瑞士、加拿大、德國）聯(lián)合宣布加入“癌癥登月計劃”，合作開展大規(guī)模癌癥樣本的蛋白基因組研究。自此，蛋白質(zhì)組學正式加入“癌癥登月計劃”。中國的精準醫(yī)學重點專項，也包括很多蛋白質(zhì)組的研究，2014年啟動的“中國人類蛋白質(zhì)組計劃（CNHPP）”就試圖在蛋白質(zhì)水平上來解釋腫瘤的分子機制。

2006年，NCI和美國人類基因組研究所（National Human Genome Research Institute，NHGRI）聯(lián)合啟動了美國腫瘤基因組圖譜（The Cancer Genome Atlas，TCGA）項目，目的是通過對33種常見的癌癥類型，超過11 000種腫瘤的基因組進行分析，來了解腫瘤產(chǎn)生的原因，幫助開發(fā)新的療法。隨后，NCI啟動了臨床腫瘤蛋白質(zhì)組分析聯(lián)盟（Clinical Proteomic Tumor Analysis Consortium，protein，CPTAC）項目，針對 TCGA項目中的腫瘤樣本，使用標準化的前沿手段在蛋白質(zhì)組層面進行分析。蛋白質(zhì)組作為一種動態(tài)指標，能夠更加精準地反映身體的狀態(tài)，對疾病的發(fā)現(xiàn)和診斷提供直接的依據(jù)。

蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)的大量產(chǎn)出對數(shù)據(jù)的分析提出了更高的要求，全面分析和處理數(shù)據(jù)成了蛋白質(zhì)組技術(shù)應用的瓶頸。在此背景下，丁琛研究員課題組聯(lián)合北京蛋白質(zhì)組研究中心秦鈞教授課題組、華東師范大學石鐵流教授課題組建立了國際上最高效的蛋白質(zhì)組深度覆蓋平臺和首個蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)綜合分析云平臺Firmiana（梧桐樹），該平臺現(xiàn)在已有16個國家的180多個實驗室在使用，能夠完成質(zhì)譜原始文件收集、數(shù)據(jù)處理、生物信息學分析、知識挖掘的一站式綜合分析，使得蛋白質(zhì)組的研究更加便捷。

蛋白質(zhì)組的應用

基于蛋白質(zhì)組研究技術(shù)上的突破和臨床大數(shù)據(jù)的積累，蛋白質(zhì)組在精準醫(yī)療方面的應用前景也日益清晰，在預后預測、精準分子診斷、用藥效果、復發(fā)轉(zhuǎn)移預測上，蛋白質(zhì)組展現(xiàn)出其獨特的作用。以當下大熱的免疫檢查點抑制劑PD-1為例，PD-1藥物在多種實體瘤的治療上展現(xiàn)出了良好的應用前景。2017年，美國食品藥品監(jiān)督管理局批準Keytruda可用于治療實體瘤，前提是患者腫瘤組織需要有“錯配修復缺陷”（dMMR）和“微衛(wèi)星高度不穩(wěn)定性”（MSI-H），然而，對于dMMR和MSI-H陽性的患者，PD-1藥物在一些患者中的治療效果也不盡人意。再例如，赫賽汀是HER-2陽性乳腺癌患者的特效藥，但是，即便是HER-2陽性的患者，使用赫賽汀的有效率也只有50%。因此，僅僅依靠基因組數(shù)據(jù)而忽略了蛋白質(zhì)組來對藥物治療效果進行預測是不全面的。蛋白作為“一線員工”，和基因并不是一對一的關(guān)系，僅憑基因組無法了解蛋白水平的差異，無法了解有哪些信號通路在輔助或者拮抗藥物的作用效果。蛋白質(zhì)組的臨床應用對實現(xiàn)精準醫(yī)療的重要性不言而喻。

對簡單的單基因遺傳病，在基因組的基礎上就可以做出很好的判斷，而那些相對復雜的遺傳病，比如高血壓、糖尿病、癌癥等，僅從基因組角度很難進行解釋，需要多組學的合作進行確診。

“未來，蛋白質(zhì)組要廣泛應用于臨床可能還需要3～5年?！倍¤⊙芯繂T說，“當下，蛋白質(zhì)組的研究處于一個加速狀態(tài)。很多產(chǎn)業(yè)園、公司都在投資蛋白質(zhì)組的研究和臨床應用，未來3年，肯定會有一些臨床實踐。”蛋白質(zhì)組的研究相對基因組更加復雜，蛋白質(zhì)的翻譯過程，包括翻譯后修飾、蛋白-蛋白相互作用、細胞內(nèi)定位等都是基因組所沒有的。受限于現(xiàn)在技術(shù)發(fā)展水平，蛋白質(zhì)組在臨床上的大規(guī)模應用，還未涉及這樣高維度的形式，更多是從蛋白質(zhì)的有和無，量的多和少來進行分析。

“基因組測序技術(shù)的大規(guī)模臨床應用得益于全基因組測序價格的大幅度降低，相比基因組測序，蛋白質(zhì)組測序的價格要高，但差距已在逐漸縮小?！倍¤⊙芯繂T介紹說，“蛋白質(zhì)組測序價格的降低是非常值得期待的?！彪S著技術(shù)的進步，他相信在3年以內(nèi)，肯定會有大幅度的降低。

未來，基因組和蛋白質(zhì)組都會成為了解一個人的重要數(shù)據(jù)，基因組提供遺傳背景，蛋白質(zhì)組提供人體的實時動態(tài)信息，兩者共同推動精準醫(yī)學的應用。

我們相信，蛋白質(zhì)組研究已經(jīng)在爆發(fā)的前夜！

推動人類表型組研究領(lǐng)域的發(fā)展未來（科學）論壇

丁 琛

2008年畢業(yè)于中國科學技術(shù)大學，細胞生物學博士。畢業(yè)后赴美國貝勒醫(yī)學院從事生物質(zhì)譜和蛋白質(zhì)組學博士后研究工作。2012年全職回國在北京蛋白質(zhì)組研究中心任副研究員、研究員。2014年入選“北京市優(yōu)秀青年人才”。2015年起受聘為復旦大學生命科學學院研究員。