血浆是最主要的临床样本，对血浆蛋白质组的深入研究对疾病诊断和疗效监测具有重要意义。人类血浆蛋白质组计划之后，血浆蛋白质组学技术不断发展，并被广泛应用于肿瘤、心血管疾病、神经疾病、感染和自身免疫病的标志物发现和机制解析，极大促进了精准医疗的发展。接下来，小编将为您带来血浆蛋白质组学的最新技术进展和应用方向。与此同时，青莲百奥将在金秋九月通过直播的形式为您带来《“血”无止境—血浆蛋白质组学技术与应用系列》直播课，我们将围绕血浆蛋白质组学主要应用领域和前沿方法策略两大主题进行详细解读，助力您轻松应对血浆蛋白质组学各类应用场景。接下来紧跟小编的步伐往下看吧！
血浆蛋白质组学技术进展
血浆中蛋白质动态范围广泛，质谱平台的检测能力有限是阻碍血浆蛋白质组学快速发展和进步的重大难题[1]。与此同时，手动处理样品显然已经不能满足日益增长的大队列样本需求。近年，不同的方法不断被开发出来以突破这些障碍。
高丰度蛋白去除/低丰度蛋白富集
血液中含有来自不同组织和器官的各种生物分子。其中，血浆低丰度蛋白通常来源于组织释放、细胞死亡或肿瘤细胞的异常分泌，与疾病的发生和发展密切相关，具有重要的研究意义[2]。为克服血浆蛋白动态范围宽、高丰度蛋白对低丰度蛋白有抑制作用的难题，在质谱分析前对血浆样品进行高丰度蛋白去除去除或低丰度蛋白富集是十分必要的。常见的去除高丰度蛋白方法有基于抗体的免疫亲和法、不基于抗体的六肽配体亲和法、沉淀法、色谱法等。
由于去除高丰度蛋白的同时可能会导致低丰度蛋白的丢失，从而导致潜在的生物标志物的丢失[3]，可以富集低丰度蛋白的磁性纳米材料应运而生。磁球接触血浆后，表面可吸附大量蛋白质形成“蛋白冠”。根据“Vroman效应”，更强结合亲和力的蛋白会和早期吸附的蛋白发生竞争性置换，实现低丰度蛋白的富集。青莲百奥自主研发的血浆低丰度蛋白富集磁珠试剂盒（MagicOmics-DMB）对中低丰度血浆蛋白具有高效的富集能力，血浆蛋白鉴定量高达6000+，为血浆蛋白质组学研究带来革命性的突破！
图1 青莲百奥血浆蛋白质组数据表现
高通量的蛋白质组学全流程自动化前处理设备
蛋白质组学处理过程繁琐且耗时，易引入分析误差导致实验数据稳定性差。随着大队列研究越来越广泛，手动处理样品显然已经不能满足日益增长的大队列样本处理需求。样品处理的可控性可以通过引入前处理自动化工作站实现。不仅使实验流程标准化，减小了批次误差，同时有效缩短了前处理时间，大大提高了实验通量。青莲百奥蛋白质组学全流程自动化前处理机器人（MagicOmics-AP-96），能够实现血浆蛋白质组学样本处理全流程自动化，，在大大降低实验周期的同时，能够保证蛋白质检测的准确性和稳定性。
图2 青莲百奥蛋白质组学全流程自动化前处理机器人
超高灵敏度的质谱检测平台
质谱技术是血浆蛋白质组学研究中最为常用的方法。基于质谱的蛋白质组学面临的关键问题之一是质谱平台的检测能力有限。随着质谱技术的不断成熟和突破，基于Orbitrap和TOF的质谱仪已成为蛋白质组学分析的首选平台[4]。近年来，全新的质谱平台正在飞速发展，带来了蛋白质组学在鉴定深度、检测周期、定量准确性等性能上的全面提升。布鲁克推出的timsTOF HT质谱仪（青莲百奥国内首装）引入离子淌度这一全新维度，配备了第四代TIMS分析器TIMS-XR和更先进的数模转换器，具有超高灵敏度以及超过150Hz的二级扫描速度，可实现更宽的动态范围、更深的肽段覆盖率和更准确可靠的定量分析。赛默飞世尔推出的Orbitrap Astral高分辨质谱仪加入了新型的非对称轨道无损质量分析器，能够快速获取高分辨、高灵敏度和高动态范围的质谱数据。
图3 蛋白质组学商用质谱仪的开发时间表
血浆蛋白质组学的应用方向
目前，由于缺乏高灵敏高特异性的生物标志物进行早期诊断，或发病机制不明确，许多危及生命的疾病往往无法获得最佳发现和治疗时机。血浆蛋白质组学在肿瘤方向、心血管方向、神经系统方向、感染方向等研究领域被广泛应用。
肿瘤研究
血浆蛋白质组学在肿瘤研究中具有广泛的应用，可以用于肿瘤早期检测、诊断、预测治疗效果及转移预测。传统的肿瘤标志物检测方式在灵敏度、特异性和预测性方面存在限制。而采用血浆蛋白质组学技术，可以发现肿瘤全身性变化情况，发现新的肿瘤标志物，并且可以获得很好的诊断效果，有望成为肿瘤早期诊断的新方法。
图4 泛癌血液蛋白质图谱分析 | Nature Communications（IF: 16.6）[5]
心血管疾病研究
心血管疾病是全球主要的死因之一，因此探究其机制并发现更准确的生物标志物对于提高心血管疾病的预防和治疗具有重要意义。血管内皮细胞受刺激因素的影响会释放许多蛋白质到血浆中。因此，血浆蛋白质组学可以用于寻找新的心血管疾病生物标志物、预测疾病风险、诊断和评估治疗效果。
图5 靶向蛋白质组学改善二级预防中的心血管风险预测 | European Heart Journal（IF: 39.3）[6]
神经系统疾病研究
神经系统疾病是对人类健康的重大威胁。脑蛋白水平是很多神经系统疾病的关键指标，血浆蛋白质组学可以通过测定血浆中的脑蛋白来评估神经系统的功能状态和损伤程度，帮助临床医生更准确地诊断和治疗各种神经系统疾病，如阿尔茨海默病、帕金森病、脑损伤等。
图6 血浆蛋白组学鉴定阿尔茨海默病标志物 | Alzheimer’s Dement（IF: 14.0）[7]
感染疾病研究
感染性疾病是全球公共卫生问题，血浆蛋白质组学可以作为新的检测方法来发现各种感染的生物标志物，详细描述病原体与宿主之间的相互作用以及机制，对感染过程的动态变化进行监测，提高感染性疾病的诊断精度和治疗效果。
图7 血浆多组学分析表征新冠感染的免疫反应 | Immunity（IF: 32.4）[8]
快看！血浆蛋白质组学系列直播课来啦！
在接下来的一个月时间里，青莲百奥团队将推出《“血”无止境—血浆蛋白质组学技术与应用》系列直播课，为大家深度剖析血浆蛋白质组学在肿瘤、心血管、神经、感染四大应用领域的研究进展和研究思路，以及血浆蛋白质组学样本前处理、质谱检测、生物信息挖掘等环节的最新方法策略。让我们相约属于血浆蛋白质组学的“疯狂星期四”，共同探索血浆蛋白质组学这片神秘的领域吧！
【参考文献】
[1] Geyer PE, Kulak NA, Pichler G, Holdt LM, Teupser D, Mann M. Plasma Proteome Profiling to Assess Human Health and Disease. Cell Syst. 2016 Mar 23;2(3):185-95.
[2] He B, Huang Z, Huang C, Nice EC. Clinical applications of plasma proteomics and peptidomics: Towards precision medicine. Proteomics Clin Appl. 2022 Nov;16(6):e2100097.
[3] Nice EC, Rothacker J, Weinstock J, Lim L, Catimel B. Use of multidimensional separation protocols for the purification of trace components in complex biological samples for proteomics analysis. J Chromatogr A. 2007 Oct 19;1168(1-2):190-210.
[4] Zhao Y, Xue Q, Wang M, Meng B, Jiang Y, Zhai R, Zhang Y, Dai X, Fang X. Evolution of Mass Spectrometry Instruments and Techniques for Blood Proteomics. J Proteome Res. 2023 Apr 7;22(4):1009-1023.
[5]Álvez MB, Edfors F, von Feilitzen K, Zwahlen M, Mardinoglu A, Edqvist PH, Sjöblom T, Lundin E, Rameika N, Enblad G, Lindman H, Höglund M, Hesselager G, Stålberg K, Enblad M, Simonson OE, Häggman M, Axelsson T, Åberg M, Nordlund J, Zhong W, Karlsson M, Gyllensten U, Ponten F, Fagerberg L, Uhlén M. Next generation pan-cancer blood proteome profiling using proximity extension assay. Nat Commun. 2023 Jul 18;14(1):4308.
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[7] Jiang Y, Zhou X, Ip FC, Chan P, Chen Y, Lai NCH, Cheung K, Lo RMN, Tong EPS, Wong BWY, Chan ALT, Mok VCT, Kwok TCY, Mok KY, Hardy J, Zetterberg H, Fu AKY, Ip NY. Large-scale plasma proteomic profiling identifies a high-performance biomarker panel for Alzheimer''s disease screening and staging. Alzheimers Dement. 2022 Jan;18(1):88-102.
[8] Wang H, Liu C, Xie X, Niu M, Wang Y, Cheng X, Zhang B, Zhang D, Liu M, Sun R, Ma Y, Ma S, Wang H, Zhu G, Lu Y, Huang B, Su P, Chen X, Zhao J, Wang H, Shen L, Fu L, Huang Q, Yang Y, Wang H, Wu C, Ge W, Chen C, Huo Q, Wang Q, Wang Y, Geng L, Xie Y, Xie Y, Liu L, Qi J, Chen H, Wu J, Jiang E, Jiang W, Wang X, Shen Z, Guo T, Zhou J, Zhu P, Cheng T. Multi-omics blood atlas reveals unique features of immune and platelet responses to SARS-CoV-2 Omicron breakthrough infection. Immunity. 2023 Jun 13;56(6):1410-1428.e8.
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