近年來的研究表明，相比于僅通過基因組分析，蛋白質(zhì)組包含了更多基因組無法識別的新信息。這一觀察引出了蛋白質(zhì)基因組學(xué)的概念，綜合兩個維度的數(shù)據(jù)分析讓我們能更全面地認識腫瘤，也給腫瘤未來的精準治療提供了新的思路和方向。

近日，美國弗雷德哈欽森癌癥研究中心Amanda Paulovich教授在國際專業(yè)學(xué)術(shù)期刊Nature Reviews Clinical Oncology 發(fā)表了

題為Clinical potential of mass spectrometry-based proteogenomics 的重磅綜述，為當下蛋白基因組學(xué)在臨床中（特別是癌癥）的應(yīng)用指明了更清晰的方向。在本文中，作者表示，蛋白質(zhì)基因組學(xué)相對于當前基因組驅(qū)動的癌癥臨床表征方法更有實際的意義，并且闡述了當下實驗室如何將基于靶向蛋白質(zhì)組學(xué)檢測方法結(jié)合到臨床中，以促進實際的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。

美國弗雷德哈欽森癌癥研究中心成立于1975年，是世界領(lǐng)先的癌癥研究機構(gòu)之一，擁有一大批世界一流的學(xué)者和研究人員，包括3位諾貝爾生理及醫(yī)學(xué)獎得主。Amanda Paulovich教授實驗室在人類表型變異開展了卓有成效的研究。

文章的主要內(nèi)容有

基因表達成蛋白質(zhì)過程中的各種影響因素都會決定腫瘤的表型?；蛳掠蔚脑S多過程會影響蛋白質(zhì)活性，因此對于腫瘤精準醫(yī)學(xué)，除了確定腫瘤基因組序列，更重要的是定量蛋白質(zhì)表達和蛋白質(zhì)功能（圖1）。例如，并非所有突變基因都穩(wěn)定表達為蛋白質(zhì)，基因表達為蛋白后通常會發(fā)生翻譯后修飾進而影響功能。 因此，僅依賴基因組學(xué)分析的精準醫(yī)學(xué)會讓人們忽視很多重要的潛在信息。

圖1. 基因組下游影響腫瘤表型的多個過程

在過去的十年中，基于質(zhì)譜的鳥槍法（'shotgun'）蛋白質(zhì)組學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為一種強大的技術(shù)，可以對復(fù)雜樣品中的蛋白質(zhì)組進行高通量檢測和定量（圖2）。

圖2. 鳥槍法蛋白質(zhì)組學(xué)

在鳥槍法蛋白質(zhì)組學(xué)中，蛋白質(zhì)通過酶解消化（通常使用胰蛋白酶）從而轉(zhuǎn)化為肽。使用液相色譜分離肽，并通過電噴霧電離將其引入質(zhì)譜儀。充分的分級分離或富集步驟可用于檢測低豐度蛋白質(zhì)和修飾信號。越來越成熟的技術(shù)體系為高通量蛋白質(zhì)組分析提供了強大的工具。

蛋白基因組學(xué)將以鳥槍法為基礎(chǔ)的高通量蛋白質(zhì)組學(xué)和高通量測序技術(shù)相互融合，能夠從蛋白質(zhì)層面驗證腫瘤相關(guān)的基因變化，在蛋白質(zhì)組與修飾組的層面對腫瘤分型，為預(yù)后判斷、個性化精準醫(yī)療提供新的指導(dǎo)。基因組和蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)整合可以以多種方式增強我們對癌癥生物學(xué)和生物標志物以及藥物靶標發(fā)現(xiàn)的認識（圖3）。

圖3. 整合的蛋白基因組學(xué)分析

靶向蛋白質(zhì)組技術(shù)是分析蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)中鑒定到的感興趣的靶標，相比于傳統(tǒng)的鳥槍法技術(shù)，靶向蛋白質(zhì)組技術(shù)擁有鑒定目標明確、定量重復(fù)性好、檢測靈敏度高等優(yōu)點（圖4）。

臨床生物標志物有時需要在樣品制備的過程中對目標信號進行富集，進而從有限的臨床材料中獲得足夠的靈敏度以進行定量。富集的方法有多種比如基于物理化學(xué)或基于親和力的方法。物理化學(xué)方法像針對磷酸化肽的金屬親和色譜法，而基于親和力的方法通常使用針對特定序列或基序的抗體，比如識別酪氨酸磷酸化或泛素化修飾的泛抗體。

靶向蛋白質(zhì)組技術(shù)（SRM/MRM,PRM）已經(jīng)實現(xiàn)了很廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)可用于多種生物樣本，包括血清或血漿、尿液分泌物，冷凍組織，存檔標本（福爾馬林固定和石蠟包埋），永生化和原代細胞。靶向蛋白質(zhì)組技術(shù)最吸引人的特點之一是分析開發(fā)的多功能性，例如其可用于定量和區(qū)分蛋白質(zhì)的多種形式，包括isoform亞型、翻譯后修飾和蛋白質(zhì)變體等。

 圖4. 基于質(zhì)譜的靶向分析

總的來說，依賴于基因測序的腫瘤精準治療雖然取得顯著的研究和應(yīng)用進展，但真正從中獲益的腫瘤患者比例仍然非常有限。因此，人們需要更深入、更全面的認識來解析腫瘤的發(fā)生。當下蛋白質(zhì)組學(xué)的迅速發(fā)展可以被用來注釋基因組特征并提供基因組數(shù)據(jù)無法解析的信息，比如像翻譯后修飾、表觀遺傳調(diào)控（二者都不是在基因水平上發(fā)生改變）。整合個人的基因組信息和蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)也必將是精準醫(yī)療發(fā)展的新趨勢。

基于MS的靶向分析在過去十年中在技術(shù)上已經(jīng)日趨成熟，現(xiàn)在能夠達到至少與FDA批準的免疫檢測和其他基于親和試劑檢測相當?shù)姆治鏊?。這些檢測手段搭起了候選生物標志物的發(fā)現(xiàn)和生物標志物驗證之間的橋梁，并且已經(jīng)開始逐步進入臨床應(yīng)用。基于MS的靶向分析以及蛋白表達、翻譯后修飾等信息的真正價值只有通過臨床試驗才能被更好地體現(xiàn)，而這也將成為未來研究和應(yīng)用轉(zhuǎn)化的重要方向。

參考文獻：

Zhang, B., et al., 2018, Clinical potential of mass spectrometry-based proteogenomics. Nature Reviews Clinical Oncology.