蛋白質(zhì)組學(xué)專題 | 創(chuàng)新血液蛋白質(zhì)組學(xué)深化臨床研究

邁維代謝

2022.11.07

?前言

醫(yī)學(xué)研究樣本類型眾多，其中臨床樣本通常為組織、活檢組織（如針活檢）和體液（如腦脊液（CZE）），以及非常容易獲得的尿液和血漿、血清樣本。其中血液樣本易獲得，且無創(chuàng)，并能反應(yīng)機(jī)體內(nèi)循環(huán)特征和個(gè)體生理機(jī)能，因此在臨床應(yīng)用上價(jià)值極高，是組學(xué)研究首選樣本類型，包括蛋白組。小邁特統(tǒng)計(jì)了近10年蛋白質(zhì)組學(xué)研究文章，其中血液蛋白質(zhì)組學(xué)研究占比穩(wěn)定在15%以上，血液蛋白質(zhì)組學(xué)研究可見一斑。

血液為蛋白組臨床研究主要樣本類型

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血液蛋白質(zhì)特征

人體血漿中的循環(huán)蛋白濃度約為70mg/ml，估計(jì)在12個(gè)數(shù)量級(jí)的濃度范圍內(nèi)。血液樣本至少包含10,000種不同蛋白質(zhì)種類，其中大約3000種蛋白質(zhì)可被視為血漿經(jīng)典的常駐血漿蛋白。血液樣本含有種類豐富的蛋白質(zhì)，其中高豐度蛋白比例達(dá)到97%—99%，如白蛋白、免疫球蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白和纖維蛋白原，它們的濃度范圍為mg/ml。其他蛋白來自各種器官的分泌或滲漏，然后被稀釋到外周血中，濃度可低至pg/ml，如IL-6、IL-12、腫瘤壞死因子-α等，并且在蛋白質(zhì)組學(xué)分析中通常被更高豐度的蛋白質(zhì)所掩蓋。

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?血液蛋白質(zhì)特征（Maggie?P.Y.?Lam.?et?al）

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高豐度蛋白限制血液蛋白組檢測(cè)

由于血液中高豐度蛋白質(zhì)含量較高，基于常規(guī)的蛋白質(zhì)組學(xué)研究限制了血液蛋白質(zhì)檢出通量。即使基于TMT和DIA檢測(cè)通量較高的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，大部分檢出在200至800個(gè)蛋白質(zhì)之間，無法滿足老師研究需求。如一項(xiàng)關(guān)于系統(tǒng)性紅斑狼瘡的研究顯示，對(duì)58個(gè)血清樣本進(jìn)行TMT檢測(cè)，共鑒定了744個(gè)蛋白。

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?血液蛋白質(zhì)組文獻(xiàn)展示

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血液蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)

為克服高豐度蛋白對(duì)血液蛋白組限制，大批優(yōu)秀技術(shù)誕生，主要可歸為3類：去高豐度（不依賴抗體）、去高豐度（依賴抗體）、磁珠富集低豐度。其中去高豐度（不依賴抗體）代表性方法為ProteoMinerTM低豐度蛋白富集系統(tǒng)（伯樂公司）；去高豐度（依賴抗體）代表性方法為多重親和去除系統(tǒng)（安捷倫公司）、ProteoExtract?高豐度蛋白去除試劑盒（德國默克公司）、基于IgY多克隆抗體蛋白去除產(chǎn)品（Seppro）；磁珠富集低豐度代表性方法為納米石墨烯磁珠吸附法。

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?血液蛋白質(zhì)組技術(shù)展示

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去高豐度血液蛋白組

1. 免疫耗竭法

免疫耗竭是針對(duì)高豐度蛋白質(zhì)特定抗體的選擇性結(jié)合，已成功用于去除最豐富的血清和血漿蛋白質(zhì)。這種方法涉及將所選抗體與色譜載體結(jié)合。當(dāng)血清或血漿蛋白質(zhì)與抗體接觸時(shí)，高豐度蛋白質(zhì)被保留，對(duì)低豐度蛋白質(zhì)wash并用于下游分析。該技術(shù)由于依賴抗體，因此對(duì)樣本起始量有所限制，另外在實(shí)驗(yàn)過程中引入許多試劑，從而使蛋白濃度降低，影響血液樣本蛋白檢出。

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?免疫耗竭法去高豐度原理示意圖（Aran Paulus）

2.?ProteoMiner蛋白濃縮試劑盒

ProteoMiner蛋白濃縮試劑盒主要通過一個(gè)具有六肽基配體的微球達(dá)到去高豐度作用，將血液樣本與試劑混合，微球六肽基配體會(huì)與蛋白質(zhì)結(jié)合，每個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)合位點(diǎn)有限，部分高豐度蛋白未與微球結(jié)合被去除，從而達(dá)到高豐度蛋白稀釋作用。另外可控制中低豐度蛋白洗脫體積，從而有效提高蛋白濃度。

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?ProteoMiner蛋白濃縮試劑盒去高豐度原理示意圖（Aran Paulus）

用ProteoMiner蛋白富集試劑盒處理血漿樣品，并用SDS-PAGE分析。結(jié)果顯示血清和血漿中典型的條紋減少，斑點(diǎn)更加清晰，即高豐度蛋白有效去除。此外，由于高豐度蛋白質(zhì)斑點(diǎn)明顯減少，因此可以看到更多獨(dú)特的斑點(diǎn)（中低豐度蛋白）。

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?血液高豐度蛋白去除、低豐度蛋白富集效果顯著（Aran Paulus）

3. 邁維去高豐度血液蛋白組

邁維對(duì)血液去高豐度實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了研發(fā)，并完善實(shí)驗(yàn)流程。基于蛋白濃縮試劑盒去除高豐度，并基于timsTOF Pro2儀器進(jìn)行質(zhì)譜檢測(cè)，從而保證有效提高血液蛋白組檢測(cè)通量。最終血液樣本蛋白質(zhì)鑒定數(shù)量達(dá)1200-2000+水平，較普通蛋白組提高2.5倍。且血液蛋白濃度跨越8個(gè)數(shù)量級(jí)，從ng/L至mg/L。

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項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)展示

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邁維高深度血液蛋白組

1. 技術(shù)原理

深度血液蛋白組主要依托于納米石墨烯磁珠富集低豐度蛋白方法，其技術(shù)原理如下：選擇不同理化性質(zhì)的納米石墨稀磁珠組合，如大小、性狀、材料等，利用納米石墨稀磁珠特異性吸附血液中低豐度蛋白，形成包裹納米顆粒的蛋白冠，然后對(duì)富集的蛋白進(jìn)行檢測(cè)。一般依托于磁珠富集低豐度蛋白的方法血液能檢出2000+蛋白質(zhì)。

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高深度血液蛋白質(zhì)組原理及文章展示

2. 邁維實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

邁維依托于磁珠富集低豐度蛋白的方法構(gòu)建了完整的高深度血液蛋白質(zhì)組學(xué)產(chǎn)品，并使用4D蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，從而達(dá)到血液蛋白質(zhì)檢出3000+水平，最高可達(dá)4000+，且血液蛋白濃度跨越8個(gè)數(shù)量級(jí)，更適合中低豐度蛋白檢出。