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多組學聯合分析——血漿蛋白質組學推動的精準醫療

2022-08-25 16:16:59

多組學聯合分析機構帶你了解血漿蛋白質組學推動的精準醫療

血漿被認為是血液的介質,血細胞和其他形態成分懸浮在血漿中。血清的成分與血漿相似,但排除了大多數與血液凝固有關的蛋白。這包括纖維蛋白原,它在凝血過程中轉化為纖維蛋白(纖維蛋白原的活性形式)。血清血漿均可用于蛋白組學研究,以下以血漿為主描述。血漿中豐富的蛋白質(占總蛋白質含量的比例)是白蛋白(約百分之60)、球蛋白(百分之35)、纖維蛋白原(百分之4)、脂蛋白(百分之1)和鐵結合/轉移蛋白(百分之1)。一般來說,22種蛋白約占血漿蛋白的百分之99。其余百分之1的血液蛋白由數百(或數千)低豐度的循環蛋白以及由活細胞、凋亡細胞和壞死細胞釋放的蛋白組成。



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圖1 血清血漿蛋白組成



從功能的角度闡述普特南的分類,我們可以將血漿的蛋白質含量分為以下功能組。

固體組織分泌血漿中起作用的蛋白——經典的血漿蛋白質主要由肝臟和腸道分泌。血漿蛋白的一個關鍵方面是其天然分子質量大于腎臟濾過截斷(~45 kDa),從而延長了在血漿中的停留時間(白蛋白的壽命約為21天,只比截斷值大一些)。

免疫球蛋白——雖然這種抗體通常在血漿中發揮作用,但由于其復雜性,它們代表了一類獨特的蛋白質:據認為,在一個正常成年人體內循環的抗體序列大約有1000萬種。

“遠距離”受體配體——經典的肽和蛋白質激素都包括在這一組中。這些蛋白質的大小有一定波動的范圍,這可能表明它們的控制作用有一定的時間范圍(例如,用胰島素等小激素進行快速調節,用促紅細胞生成素等大激素進行緩慢調節)。

局部受體配體——包括細胞因子和其他細胞反應的短距離介質。一般來說,這些蛋白分子量在腎臟過濾截點以下,因此在血漿中停留時間相對較短,并被設計用于介導細胞之間的局部相互作用,然后被稀釋至無效水平后釋放到到血漿中。高血漿水平可引起遠離合成部位的有害影響,如敗血癥。

臨時旅客——包括非激素蛋白,它們在到達其主要功能位點的途中暫時穿過血漿隔室,例如,溶酶體蛋白,它們被分泌出來,然后通過受體在溶酶體中隔離。

組織滲漏產物——這種蛋白質通常在細胞內發揮作用,但當細胞死亡或受損時,會被釋放到血漿中。這些蛋白包括許多重要的診斷標志物,如用于診斷心肌梗死的心肌肌鈣蛋白、肌酸激酶或肌紅蛋白。

異常分泌物——這些蛋白質從腫瘤和其他病變組織中釋放出來,可能不是機體功能需要的結果。這些包括癌癥標志物,這些標志物可能是正常的、非血漿可及的蛋白表達、分泌或由腫瘤細胞釋放到血漿中。

外源蛋白質——這些是傳染性生物體或寄生蟲的蛋白質,它們被釋放到或暴露在循環中。



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圖2 血漿蛋白來源



血液中含有人體所有器官釋放的各種不同分子,包括蛋白質、多肽、外泌體、核酸、脂質和代謝物。此外,在癌癥和COVID-19等疾病的發展過程中,病理組織本身可以釋放與疾病相關的蛋白質到血液中。癌細胞可通過基膜進入血液形成ctc,從而促進轉移。血液作為一種易于獲取、穩定、微創的生物液體,被認為是評估生物標志物存在的理想來源。血液檢查可以揭示身體的整體病理生理狀況,可用于疾病診斷、患者分層、監測和指導治療。

各種血漿成分的濃度是在臨床實踐中常規測定內容,這些物質包括電解質、小分子、藥物和蛋白質。組成血漿蛋白質組的蛋白質可以分為三類(圖三A和圖三B).一種含量豐富的蛋白質,在血液中起重要功能作用。其中包括人血清白蛋白(HSA,約占總蛋白質量的一半);載脂蛋白,在脂質運輸和內穩態中起關鍵作用;先天性免疫反應的急性期蛋白;還有凝血級聯的蛋白質。二類是在循環中沒有專門功能的組織滲漏蛋白。例如用于診斷肝臟疾病的酶,如天冬氨酸轉氨酶(ASAT)和丙氨酸轉氨酶(ALAT),以及低水平、組織特異性蛋白(如心肌肌鈣蛋白)。三類是信號分子,如小蛋白激素(如胰島素)和細胞因子,它們通常在穩定狀態下豐度很低,并在需要時上調。細胞因子白細胞介素-6 (IL-6)的基線水平為5 pg/ml,與豐富的蛋白HSA的濃度(約50 mg/ml)相比,建立了血漿蛋白質組的小1010倍的動態范圍。



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圖3 在臨床環境中的血液檢測



根據分析的數量統計結果可以看出臨床常規分析以蛋白質為主(占分析的百分之42),其次是小分子(百分之35)和細胞(百分之17)。因此,今天蛋白質已經是臨床實踐中常分析的實驗室分析類。同時注意到適用于測定血漿蛋白的方法在全球體外診斷中占有大份額。



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圖4 臨床檢驗指標分類



血漿蛋白組學是尋找早期診斷生物標志物的更多方面、更穩定的亞蛋白質組學,具有更高的臨床轉化價值,與臨床化學參數具有很強的相關性。血漿中蛋白生物標志物的篩選至關重要,也面臨挑戰,質譜技術在血漿蛋白開放式研究中是非常有用的工具。篩選血漿中生物標志物的方法大致分為以下三個角度,一是血漿中低豐度蛋白的富集鑒定,二是血漿外泌體的分離鑒定,三是血漿中天然多肽的鑒定。從不同的患者隊列中獲得血漿,然后通過不同的分離方法從血漿樣本中提取蛋白質、外泌體或多肽成分。



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圖5 血漿蛋白質組學和多肽組學工作流程示意圖



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