Small Methods:蛋白质组学驱动——后基因组时代的精准医学

在基因组学技术的催动下,基因组学驱动的初代精准医学概念应运而生,取得了举世瞩目的成就。比如由美国主导的肿瘤基因组图谱计划(The Cancer Genome Atlas,TCGA),对大样本人群的临床肿瘤组织进行基因组测序分析,对癌症的不同状态和过程进行精确分类,发现了一系列疾病的致病机理和治疗的靶点。然而,临床基因组学近20年的发展仍未达到预期的目标。特别是成因复杂的疾病,如癌症、老年病、慢性病等,往往是信号通路网络中多种蛋白质相互影响,并与外界环境相互作用的结果。这些疾病个体差异明显,存在时空特异性,仅靠基因组无法准确判断病理生理进程。

作为生命活动的执行者,蛋白质与蛋白质、蛋白质与基因间的相互作用状态的改变更为直接地反映了疾病的发生、发展状况。相对而言,蛋白质更适合作为一种动态指标,精准地发现与诊断疾病。因此,精准医学目标的最终实现,离不开蛋白质组学的推动和大规模应用。近年来,蛋白质组学取得了一系列重大突破,在测序深度方面已能够比拟基因组和转录组、并且能够提供更为直接的定量信息。灵敏度和扫描速度的进一步提升使得临床样品检测可以实现高通量的要求。此外,蛋白质组学技术成本逐步降低,数据分析日益成熟,这使得蛋白质组学可以准确高效地反映每个患者疾病的生理进程和状态。因此,蛋白质组学应用于临床精准医疗成为可能。

中国科学家在蛋白质组学创立之初,就前瞻性地提出并领导了国际人类蛋白质组计划首个示范性项目国际人类肝脏蛋白质组计划(Human Liver Proteome Project,HLPP),得到国际同行的认可。近年来,中国蛋白质组学研究者们在癌症分子分型、微量临床样本蛋白质组检测、蛋白质组大数据分析等方面,已取得一批与临床应用紧密结合的成果。例如,肝细胞肝癌和弥漫型胃癌的蛋白质组分子分型,有望指导临床治疗方案的选择;尿蛋白质组数据分析模型的发展可以发现多种疾病和环境因素的影响;病理蜡块中微量样本蛋白质组检测技术的发展,拓展了临床样本资源的科研价值。

近日,复旦大学丁琛团队对基于蛋白质组学驱动的临床精准医疗研究领域进行了综述,相关论文“Proteomics and Precision Medicine”发表在Small Methods(DOI: 10.1002/smtd.201900075)上。文中详述了基于质谱的蛋白质组学发展历程和领域突破,重要的蛋白质组临床研究计划,蛋白质组研究数据获取、共享和分析方式,以及蛋白质组数据对转录组和基因组数据的进一步完善,并对蛋白质组学在精准医疗中的发展进行了展望。

创立和完善蛋白质组学驱动的新一代精准医疗体系,势必极大的推动针对复杂疾病的基础研究、临床诊治和产业转化。针对疾病的精准医学应当大力向基因组学难以解决而蛋白质组学有可能取得重大突破的领域和方向拓展。