王莽原、宋雷綜述，霍強(qiáng)、楊毅寧審校

蛋白質(zhì)是生理功能的執(zhí)行者，生命現(xiàn)象的直接體現(xiàn)者。蛋白質(zhì)組是指研究一個(gè)器官、組織或細(xì)胞內(nèi)表達(dá)的所有蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)組學(xué)旨在闡明生物體全部蛋白質(zhì)的表達(dá)模式及功能模式，其內(nèi)容包括鑒定蛋白質(zhì)的表達(dá)、存在方式（修飾形式）、結(jié)構(gòu)、功能和相互作用，是研究這些蛋白質(zhì)的組成及變化規(guī)律的一個(gè)學(xué)科。上世紀(jì)九十年代起的人類基因組學(xué)研究基本完成后，發(fā)現(xiàn)很多生物學(xué)現(xiàn)象仍無(wú)法合理解釋，因而出現(xiàn)了蛋白質(zhì)組學(xué)這一新生的前沿學(xué)科，由澳大利亞學(xué)者Wilkins等[1]于1996年最早提出。

1 國(guó)內(nèi)外蛋白質(zhì)組研究計(jì)劃

進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，作為后基因組時(shí)代的蛋白質(zhì)組學(xué)研究成為了前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域之一，因此國(guó)際人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃應(yīng)運(yùn)而生。其中包括中國(guó)科學(xué)家賀福初院士領(lǐng)銜的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”和美國(guó)科學(xué)家Gibert Omenn領(lǐng)銜的“人類血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃”，“人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”已于2014年6月升級(jí)為“中國(guó)人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃”，目前已有胃癌[2]、肝癌[3]、肺腺癌[4]三方面的臨床轉(zhuǎn)化的研究成果，將來(lái)還要在更多中國(guó)常見(jiàn)疾病領(lǐng)域研究蛋白質(zhì)組臨床轉(zhuǎn)化研究，以驅(qū)動(dòng)多種常見(jiàn)疾病的精準(zhǔn)治療，而“人類血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃”目前尚未有高質(zhì)量的臨床轉(zhuǎn)化研究成果，因此“人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”大幅度領(lǐng)先于“人類血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃”；然而，美國(guó)臨床蛋白質(zhì)組腫瘤分析協(xié)會(huì)（CPTAC）也在乳腺癌[5]、卵巢癌[6]、結(jié)直腸癌[7]、腎透明細(xì)胞癌[8]、肺腺癌[9]等方面有蛋白質(zhì)組和基因組篩查結(jié)合分析的研究成果，因此，蛋白質(zhì)組學(xué)在中國(guó)的發(fā)展一直保持著與國(guó)際齊頭并進(jìn)的態(tài)勢(shì)，甚至在部分領(lǐng)域引領(lǐng)蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展。

2 單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)的最新進(jìn)展

目前單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)處于起步階段[10-11]。在單細(xì)胞分離方面，郭國(guó)驥團(tuán)隊(duì)對(duì)60種人體組織樣本和7種細(xì)胞培養(yǎng)樣本進(jìn)行了單細(xì)胞分離和Microwell-seq高通量單細(xì)胞測(cè)序分析，系統(tǒng)性地繪制了跨越胚胎和成年兩個(gè)時(shí)期，涵蓋八大系統(tǒng)的人類細(xì)胞圖譜[12-13]。在單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)建立方面，Budnik等[14]建立了基于質(zhì)譜檢測(cè)的哺乳動(dòng)物單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)檢測(cè)。目前尚缺乏高質(zhì)量的應(yīng)用單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)進(jìn)行臨床轉(zhuǎn)化解決臨床實(shí)際問(wèn)題的研究。

3 蛋白質(zhì)組學(xué)臨床轉(zhuǎn)化研究主要研究進(jìn)展

3.1 “中國(guó)人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃”主要的臨床轉(zhuǎn)化研究成果

秦鈞教授的研究檢測(cè)到癌癥組織和癌旁組織對(duì)比的差異蛋白質(zhì)通路富集到細(xì)胞周期（代表腫瘤細(xì)胞增殖）、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT，代表腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移）、免疫（代表腫瘤細(xì)胞免疫豁免）中的普遍表達(dá)豐度分為PX1（腫瘤細(xì)胞高增殖、低轉(zhuǎn)移、低免疫豁免）、PX2（腫瘤細(xì)胞高增殖、高轉(zhuǎn)移、低免疫豁免）、PX3（腫瘤細(xì)胞低增值、高轉(zhuǎn)移、高免疫豁免），并發(fā)現(xiàn)PX1的臨床預(yù)后最好，PX2的臨床預(yù)后其次，PX3的臨床預(yù)后最差且對(duì)化療不敏感，并發(fā)現(xiàn)CD300A、CYBA、IDO1三個(gè)蛋白質(zhì)的高表達(dá)在臨床上的預(yù)后均比低表達(dá)組預(yù)后更差，而這幾個(gè)蛋白質(zhì)可以作為彌漫型胃癌患者（尤其是彌漫型胃癌PX3型患者）潛在的免疫治療的靶點(diǎn)[2]；之后，賀福初院士團(tuán)隊(duì)研究了關(guān)于人肝癌和人肺腺癌基于不同臨床預(yù)后的蛋白質(zhì)分子臨床分型，根據(jù)蛋白質(zhì)表型對(duì)不同預(yù)后的肝癌患者和肺癌患者進(jìn)行分期并將早期患者篩查出來(lái)[3-4]。

3.2 CPTAC主要的臨床轉(zhuǎn)化研究成果

2020年CPTAC研究在110個(gè)肺腺癌腫瘤組織和相匹配的101個(gè)正常的癌旁組織中進(jìn)行了基因組學(xué)、表觀遺傳組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)、乙酰化蛋白質(zhì)組學(xué)多組學(xué)數(shù)據(jù)綜合分析，發(fā)現(xiàn) 了PTPN11（EGFR）、SOS1（KRAS）、neutrophil degranulation（STK11）三種肺腺癌候選藥物靶點(diǎn)[9]。2019年CPTAC研究在103例腎透明細(xì)胞癌病例中進(jìn)行了基因組學(xué)、表觀遺傳組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)多組學(xué)數(shù)據(jù)綜合分析，發(fā)現(xiàn)了腎透明細(xì)胞癌特異的蛋白質(zhì)組學(xué)和磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)改變，并明確了該腫瘤的免疫分型[8]。2016年CPTAC研究描述了105例乳腺癌的蛋白質(zhì)組學(xué)和磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)的定量質(zhì)譜分析，其中77例提供了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，CDK12、PAK1、PTK2、RIPK2、TLK2等磷酸化激酶被鑒定出；研究表明蛋白質(zhì)組學(xué)和基因組學(xué)結(jié)合分析闡明了乳腺癌體細(xì)胞突變的功能后果，確定了乳腺癌的治療靶點(diǎn)[5]。同年CPTAC的又一項(xiàng)研究在174個(gè)卵巢腫瘤組織中進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)、表觀遺傳組學(xué)多組學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)合分析，闡明了特異性蛋白質(zhì)乙?；勺鳛閷?duì)患者進(jìn)行治療分層的一種潛在方法[6]。2014年CPTAC研究在結(jié)直腸癌腫瘤組織中進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)和基因組學(xué)多組學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)合分析，闡明了染色體20q上的HNF4A、TOMM34、SRC在腫瘤組織中的mRNA和蛋白質(zhì)層面都有最顯著的改變；基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)合分析為揭示基因組異常提供了蛋白質(zhì)功能學(xué)背景，為理解結(jié)直腸癌腫瘤生物學(xué)提供了新的模式[7]。

3.3 心臟研究領(lǐng)域蛋白質(zhì)組學(xué)主要研究進(jìn)展

目前心臟研究領(lǐng)域的蛋白質(zhì)組學(xué)研究尚處于起步階段，Doll等[15]的研究闡述了心臟16個(gè)解剖區(qū)域的3種主要心臟細(xì)胞類型的蛋白質(zhì)組學(xué)特征，并根據(jù)心臟細(xì)胞不同的細(xì)胞器建立了亞細(xì)胞水平的心臟蛋白質(zhì)組模型，進(jìn)而揭示了心房顫動(dòng)線粒體功能障礙的個(gè)體差異。有研究通過(guò)對(duì)100例實(shí)體解剖的年輕人冠狀動(dòng)脈和主動(dòng)脈標(biāo)本進(jìn)行質(zhì)譜蛋白質(zhì)組分析，描述了與早期動(dòng)脈粥樣硬化密切相關(guān)的人類動(dòng)脈蛋白質(zhì)組和蛋白質(zhì)組學(xué)特征，證明了在早期動(dòng)脈粥樣硬化中線粒體蛋白豐度存在顯著地降低，以及鑒定出一系列血漿蛋白（VTN、TGFBI、C7、ITIH1、TPP1、LTA4H、APOB）可以高質(zhì)量（AUC=0.93）預(yù)測(cè)經(jīng)動(dòng)脈造影證實(shí)的冠心病[16]。

另外，有少量文獻(xiàn)報(bào)道了心臟研究領(lǐng)域的尿蛋白質(zhì)組學(xué)研究。尿液在臨床上十分便于收集，因此尿蛋白質(zhì)組學(xué)研究最大的優(yōu)勢(shì)便在于此，近二十年來(lái)心臟研究領(lǐng)域的尿蛋白組研究呈逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)，尤其在2013年蛋白篩查實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線確定及質(zhì)譜儀器日臻完善之后[17]心臟研究領(lǐng)域的尿蛋白組研究呈大幅度增長(zhǎng)，尿蛋白質(zhì)組研究主要應(yīng)用于以下心臟研究領(lǐng)域：尿蛋白質(zhì)組研究舒張期心力衰竭早期診斷標(biāo)準(zhǔn)和生物標(biāo)記物[18]，該研究使用了毛細(xì)電泳-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，比較了19例無(wú)癥狀左心室舒張功能不全的高血壓患者和19例健康對(duì)照者，將85個(gè)潛在的生物標(biāo)志物組合在高維模型分類器中，結(jié)果顯示舒張型心力衰竭的ROC曲線AUC為0.84（95% CI：0.70～0.98，P=0.001）；尿蛋白質(zhì)組研究收縮期心力衰竭早期診斷標(biāo)準(zhǔn)和生物標(biāo)記物[19]，該研究使用了毛細(xì)電泳-飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，對(duì)比了總計(jì)126例根據(jù)年齡、性別和腎功能匹配的59例左心室射血分?jǐn)?shù)降低的心力衰竭患者和67例對(duì)照者，總共識(shí)別出107個(gè)顯著差異的肽段，并使用基于支持向量機(jī)的分類器，最后將該分類器應(yīng)用于25例左心室射血分?jǐn)?shù)降低的心力衰竭患者和33例對(duì)照受試者的測(cè)試隊(duì)列，結(jié)果顯示該診斷方法的敏感度為84%，特異度為91%，測(cè)序結(jié)果顯示大部分肽段是Ⅰ型和Ⅲ型膠原的片段；尿蛋白質(zhì)組研究冠心病早期診斷和生物標(biāo)記物[20-21]，研究通過(guò)對(duì)84例患者和84例匹配對(duì)照者的蛋白質(zhì)組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)了75條魚急性冠狀動(dòng)脈綜合征相關(guān)的尿肽段，據(jù)此研究建立了急性冠狀動(dòng)脈綜合征預(yù)測(cè)因子（ACSP75）。

4 蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在心臟研究領(lǐng)域應(yīng)用的挑戰(zhàn)及解決方法

如前所述，蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在腫瘤領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)有很大發(fā)展[2-4]，相比于此，目前蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在心臟領(lǐng)域的應(yīng)用尚進(jìn)展緩慢，這主要是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)組學(xué)技術(shù)在心臟研究領(lǐng)域的應(yīng)用存在一定的困難：

第一方面，心臟組織取材困難，心臟組織不同于腫瘤組織，尤其最有研究意義的心室部分和正常心臟組織，在心臟一般手術(shù)中無(wú)法取材，只有通過(guò)心臟移植手術(shù)的患者受體心臟，才可多層面、多部位的系統(tǒng)性取到心臟組織以供研究[22]，而能進(jìn)行心臟移植手術(shù)的醫(yī)院以及心臟移植的病例數(shù)量都十分有限[23-24]，大幅度限制了心臟領(lǐng)域利用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)進(jìn)行的臨床轉(zhuǎn)化研究。

第二方面，人心室壁組織和大動(dòng)脈組織堅(jiān)韌，提取出的細(xì)胞核蛋白質(zhì)純度低，其中混雜的細(xì)胞質(zhì)蛋白很多，從而引起轉(zhuǎn)錄因子檢出率和覆蓋度低：人類右心室壁心肌轉(zhuǎn)錄因子高通量篩查僅能篩查到數(shù)種至數(shù)十種轉(zhuǎn)錄因子，而之前有研究顯示在人類心臟組織中使用RNA測(cè)序篩查轉(zhuǎn)錄因子可檢測(cè)到近200種轉(zhuǎn)錄因子[25]。

為了解決人心室壁組織和大動(dòng)脈組織堅(jiān)韌導(dǎo)致提取出的細(xì)胞核蛋白純度低的問(wèn)題，需要將人類心臟新鮮組織消化為細(xì)胞，而中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院胡盛壽院士團(tuán)隊(duì)和聶宇研究員團(tuán)隊(duì)在2018年和2020年分別提出了將人類和小鼠心臟新鮮組織消化為細(xì)胞的改進(jìn)方法，這種方法有效消化分離了心肌組織中的細(xì)胞，并保持了分離的細(xì)胞的活性，以及保持了心臟疾病的表型，為研究各類心肌疾病提供了良好的細(xì)胞模型[26-27]。再提取消化后細(xì)胞的細(xì)胞核蛋白，之后再進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究，如此即可解決細(xì)胞和蛋白純度低的問(wèn)題，進(jìn)而使得蛋白質(zhì)組學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)可以檢測(cè)到足夠的蛋白質(zhì)種類數(shù)，以達(dá)到滿意的高通量篩查檢測(cè)覆蓋度。

5 蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在心臟研究領(lǐng)域應(yīng)用的展望

中國(guó)人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃將分三個(gè)階段展開(kāi)：第一階段，全面揭示肝癌、肺癌、胃癌等疾病所涉及主要的組織器官的蛋白質(zhì)組，了解疾病發(fā)生、發(fā)展的蛋白質(zhì)組學(xué)主要特征，進(jìn)而研制診斷試劑、篩選藥物，目前這一階段已基本完成；第二階段，爭(zhēng)取覆蓋中國(guó)人的其他常見(jiàn)疾病，提升中國(guó)人群疾病的防治水平；第三階段，實(shí)現(xiàn)人類更多疾病的覆蓋。目前中國(guó)人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃正處于第二階段的起步階段，而心血管疾病（比如高血壓、終末期心力衰竭、心肌梗死、心房顫動(dòng)等）是中國(guó)人的常見(jiàn)多發(fā)疾病，而且病情重、社會(huì)資源占用多[28-29]，非常有必要對(duì)其進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)驅(qū)動(dòng)的精準(zhǔn)醫(yī)療轉(zhuǎn)化研究，將會(huì)是中國(guó)人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃下一階段的重要組成部分之一。因此本綜述此部分主要展望中國(guó)人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃第二階段心血管疾病領(lǐng)域部分可能會(huì)有較大突破的方面。

5.1 致心律失常性心肌病的蛋白質(zhì)組臨床蛋白質(zhì)分子分型研究

2019年，胡盛壽院士和宋江平團(tuán)隊(duì)的研究[30]結(jié)合致心律失常性心肌?。╝rrhythmogenic cardiomyopathy，AC）的橋粒、非橋?；蚱渌蛲蛔兗霸谧笮氖仪氨凇⒆笮氖覀?cè)壁、左心室后壁、室間隔、右心室前壁、右心室后壁纖維脂肪替代心肌的情況，將AC分為了4個(gè)亞型：第一個(gè)亞型是橋?；蛲蛔?，病變主要為脂肪替代，主要發(fā)生在右心室和左心室后壁；第二個(gè)亞型是非橋?；蛲蛔?，主要發(fā)生在右心室前壁（主要是脂肪替代）和左心室（廣泛地輕度纖維替代）；第三個(gè)亞型包含了Desmoplakin基因突變，左心室病變情況較重（尤其是左心室后壁）；第四個(gè)亞型的基因突變尚未知，纖維脂肪替代病變主要發(fā)生在左心室（尤其是左心室后壁），是典型的左心室型AC。并且該研究發(fā)現(xiàn)心電圖V1～4胸導(dǎo)聯(lián)的QRS波群振幅可以用來(lái)預(yù)測(cè)AC患者的預(yù)后。該文最大的突破和創(chuàng)新點(diǎn)是闡明了AC心室壁內(nèi)中外層分別的病變特點(diǎn)及與突變基因相關(guān)的病理分型，尤其是首次利用心臟移植受體心臟明確地闡述了左心室型AC心室壁內(nèi)中外層分別的病變特點(diǎn)及與突變基因的關(guān)系；顯示即時(shí)在心室壁內(nèi)層依然存在纖維脂肪替代的病變，而且左心室型AC高于心臟其他部位（尤其是室間隔）的主要左心室后壁纖維脂肪替代病變?cè)谛氖冶趦?nèi)層也顯著高于其他部位（尤其是室間隔）心室壁內(nèi)層的存在。然而，在臨床上每個(gè)左心室型AC患者的預(yù)后千差萬(wàn)別，AC已知的基因突變只能用來(lái)協(xié)助診斷或預(yù)測(cè)獲得右心室型AC的風(fēng)險(xiǎn)，尚沒(méi)有指標(biāo)能有效預(yù)測(cè)左心室型AC的預(yù)后，而利用心內(nèi)膜活檢并將活檢組織進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)檢測(cè)則能很好地直接解決這一臨床問(wèn)題。因此可以進(jìn)行左心室型AC的蛋白質(zhì)組臨床蛋白質(zhì)分子分型的研究。在左心室型AC患者中進(jìn)行左心室后壁和室間隔的心內(nèi)膜活檢，左心室后壁的活檢組織作為病變組，室間隔的活檢組織作為無(wú)病變的對(duì)照組，兩組均進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)的總蛋白高通量篩查，根據(jù)病變組和對(duì)照組之間對(duì)比出的差異蛋白的通路富集分析在細(xì)胞凋亡、纖維和脂肪形成方面的蛋白質(zhì)表達(dá)峰度將患者分為高細(xì)胞凋亡纖維脂肪形成的預(yù)計(jì)預(yù)后差組和低細(xì)胞凋亡纖維脂肪形成的預(yù)計(jì)預(yù)后好組，接著再隨訪這兩個(gè)組，以死亡或者心臟移植為臨床終點(diǎn)觀察預(yù)計(jì)預(yù)后差組是否比另一組的預(yù)后顯著差。該研究后續(xù)還可進(jìn)行多地區(qū)、多中心、更多樣本量的驗(yàn)證研究，以驗(yàn)證該蛋白質(zhì)組學(xué)分型方法的準(zhǔn)確性。

5.2 心肌再生關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子及相關(guān)信號(hào)通路機(jī)制的研究

自從2011年P(guān)orrello等[31]的研究發(fā)現(xiàn)了新生小鼠剛出生的一段時(shí)間內(nèi)的心尖有完全再生能力，以及2018年Ye等[32]的研究發(fā)現(xiàn)了新生豬剛出生的一段時(shí)間內(nèi)的心臟也有再生能力，心臟再生領(lǐng)域便從研究斑馬魚心臟再生進(jìn)入了研究哺乳動(dòng)物心臟再生的新階段，意味著離人類臨床轉(zhuǎn)化越來(lái)越更近一步，也意味著有大量轉(zhuǎn)錄因子和相關(guān)信號(hào)通路機(jī)制再需要進(jìn)一步驗(yàn)證和研究，這給蛋白質(zhì)組學(xué)轉(zhuǎn)錄因子高通量篩查實(shí)驗(yàn)和后續(xù)生物學(xué)驗(yàn)證及相關(guān)信號(hào)通路機(jī)制的研究提供了施展的機(jī)會(huì)。目前作者已經(jīng)篩查并初步驗(yàn)證出候選關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子并已得到候選關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的通路富集結(jié)果[33]，將來(lái)有望通過(guò)基因敲除小鼠的生物學(xué)驗(yàn)證確認(rèn)這個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)論，并根據(jù)通路富集結(jié)果為線索，探討這個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)的信號(hào)通路機(jī)制。這個(gè)研究的臨床意義在于心肌再生的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子及相關(guān)信號(hào)通路分子可作為心臟再生醫(yī)學(xué)治療的候選干預(yù)靶點(diǎn)。

5.3 心房顫動(dòng)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子研究

蛋白質(zhì)組學(xué)研究方法在將來(lái)也可用于研究心房顫動(dòng)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的高通量篩查和生物學(xué)驗(yàn)證及信號(hào)通路機(jī)制的基礎(chǔ)研究，研究大致的技術(shù)路線圖與心肌再生關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子及相關(guān)信號(hào)通路機(jī)制研究的類似。目前，已有一些轉(zhuǎn)錄因子被證實(shí)在房顫的發(fā)生、發(fā)展中起關(guān)鍵作用，比如ETV1[34]、PITX[35-37]、NFKB[38]、PPARs[39]。但房顫發(fā)生、發(fā)展的分子機(jī)制尚未完全清楚。該研究的臨床意義在于心房顫動(dòng)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子及相關(guān)信號(hào)通路分子可作為治療心房顫動(dòng)新藥研發(fā)的候選干預(yù)靶點(diǎn)。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突