隨著蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)應(yīng)用的快速發(fā)展糕非，離子淌度這一概念的引入跃须，蛋白質(zhì)組學(xué)已步入4D新時代站叼，引領(lǐng)臨床蛋白質(zhì)組學(xué)在鑒定準(zhǔn)度、鑒定深度菇民、定量準(zhǔn)確性尽楔、檢測周期等性能上全面提升，并在基礎(chǔ)研究第练、轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)阔馋、臨床蛋白質(zhì)組學(xué)等各個方面展現(xiàn)出了廣闊的發(fā)展前景和強(qiáng)大的生命力。值得一提的是娇掏，在新冠病毒疫情全球大流行之際呕寝，4D蛋白質(zhì)組學(xué)下的大隊列新冠患者樣本臨床蛋白質(zhì)組學(xué)研究也為抗擊病毒做出了貢獻(xiàn)。
4D蛋白質(zhì)組學(xué)究竟是如何輕松解決大隊列婴梧、復(fù)雜體系以及微量樣本檢測的下梢？而高通量蛋白質(zhì)組學(xué)又是如何通過大規(guī)模樣本集推進(jìn)臨床研究的？帶著這些疑問塞蹭，一起來看看臨床蛋白質(zhì)組學(xué)專家是如何利用4D蛋白質(zhì)組學(xué)推進(jìn)臨床研究的孽江。
“我們的研究所與醫(yī)院緊密相連，有許多合作番电，其中蛋白質(zhì)組學(xué)已成為主要研究戰(zhàn)略的一部分。這意味著臨床研究人員對其樣本進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析的需求越來越大倦零。與此同時滞诺，每次臨床研究的平均樣本數(shù)也大幅上升。而這正是高通量蛋白質(zhì)組學(xué)大顯身手的地方婉烟。”
--牛津大學(xué)標(biāo)靶研究所臨床蛋白質(zhì)組學(xué)Roman Fischer教授
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臨床蛋白質(zhì)組學(xué)面臨的挑戰(zhàn)
過去崭歧，蛋白質(zhì)組學(xué)并不是臨床研究的驅(qū)動力隅很，因為樣本集通常非常小。此外率碾，由于當(dāng)時質(zhì)譜儀的速度叔营、靈敏度和分辨率有限，很難實(shí)現(xiàn)完整蛋白質(zhì)組的覆蓋所宰。臨床樣本通常具有挑戰(zhàn)性绒尊，蛋白質(zhì)含量極高，動態(tài)范圍高[1]仔粥。這給質(zhì)譜分析帶來了復(fù)雜性婴谱，因為質(zhì)譜儀的動態(tài)范圍通常比臨床樣本中蛋白質(zhì)的動態(tài)范圍小得多[2]。
而基于Bruker timsTOF Pro的4D蛋白質(zhì)組學(xué)的出現(xiàn)躯泰，改變了這種情況谭羔，提高了分析時間和穩(wěn)健性，使高通量蛋白質(zhì)組學(xué)成為可能麦向。
基于timsTOF Pro的4D蛋白質(zhì)組學(xué)使研究人員能夠重復(fù)測量所有檢測到的離子的碰撞截面（CCS）值瘟裸，這些值可用于進(jìn)一步提高系統(tǒng)的選擇性，從而從復(fù)雜樣本和短梯度分析中獲得越來越可靠的相對定量信息[3]诵竭。
有研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)话告，基于timsTOF Pro的4D蛋白質(zhì)組學(xué)除了能夠進(jìn)行離子遷移信息的常規(guī)測量，還在保留時間卵慰、質(zhì)荷比（m/z）沙郭、離子遷移率 (1/K0) 和MS1強(qiáng)度方面實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的4D特征校準(zhǔn)（圖1）。校準(zhǔn)提高了定量血漿蛋白的數(shù)量裳朋，在一次11.5分鐘的LC-MS/MS運(yùn)行中超過500個蛋白質(zhì)病线，如果將所有運(yùn)行結(jié)合起來，共定量772個蛋白質(zhì)（圖2）[4]鲤嫡。達(dá)到這種深度提供了全新的可能性氧苍，分析大樣本隊列的數(shù)百至數(shù)千個樣本，以發(fā)現(xiàn)血漿中的生物標(biāo)志物泛范。
PASEF技術(shù)可以在不損失靈敏度或分辨率的情況下實(shí)現(xiàn)>100 Hz的序列速度。這是通過使四極隔離質(zhì)量窗口與TIMS通道中特定肽包的洗脫時間同步來實(shí)現(xiàn)的虐先。通過多次選擇怨愤，可以提高低豐度肽的MS/MS光譜質(zhì)量。從少于200 ng的樣品負(fù)載中可以獲得更好的結(jié)果蛹批，因此減少了樣品制備成本和MS維護(hù)頻率撰洗。使用90分鐘的梯度長度，可以從典型的人類細(xì)胞系裂解液中識別出5400多個蛋白質(zhì)組腐芍。
穩(wěn)健性是基于timsTOF Pro的4D蛋白質(zhì)組學(xué)研究的另一個主要優(yōu)勢差导。關(guān)于這種能力對蛋白質(zhì)組學(xué)研究的影響，F(xiàn)ischer教授是這樣說的：“通常情況下猪勇，一個儀器需要在200個血樣后進(jìn)行清潔柿汛。在高通量環(huán)境下，這意味著高頻率的儀器清潔埠对，嚴(yán)重影響研究進(jìn)度。而我們在timsTOF Pro儀器上運(yùn)行的最大樣本批次是4500次非衰竭血液注射裁替，這是極具挑戰(zhàn)性的樣本之一项玛。
基于timsTOF Pro的4D蛋白質(zhì)組學(xué)還可以從少量高度復(fù)雜的混合物中提供可重復(fù)的定量信息。Fischer教授解釋道：“達(dá)到100+Hz弱判，這意味著它有可能每秒識別100個或更多的肽襟沮。與其他儀器相比，我們可以真正縮短梯度時間昌腰，即使是對于總細(xì)胞裂解物之類的樣本开伏，也不會影響我們獲得的數(shù)據(jù)深度。此外遭商，該儀器也非常敏感固灵。可以說劫流，是在不會影響靈敏度的前提下提高了速度和穩(wěn)健性巫玻〈砸洌”
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對高通量蛋白質(zhì)組學(xué)的需求不斷增長
自從越來越多的人將蛋白質(zhì)組學(xué)應(yīng)用到課題研究中以來，需求大幅上升仍秤，這是對其他組學(xué)的補(bǔ)充熄诡。
Fischer教授和他的團(tuán)隊使用蛋白質(zhì)組學(xué)來確定腫瘤在空間環(huán)境中的功能。他說道：“因為現(xiàn)在我們可以將蛋白質(zhì)組學(xué)與其他技術(shù)相結(jié)合诗力，如激光捕獲顯微切割（LMD）凰浮，這是一種非常有趣的方法，因為它允許我們維持蛋白質(zhì)組的空間背景苇本。目前袜茧，我們?nèi)栽谂α私獯笮徒Y(jié)構(gòu)（如腫瘤或器官）中的空間分辨分子相互作用。我們在腫瘤血管周圍看到炎癥標(biāo)記物圈澈，但在其他地方看不到惫周，因此我們試圖了解這些腫瘤在分子水平上發(fā)生了什么。這將影響靶向蛋白質(zhì)以及如何將藥物輸送到最有效的位置康栈。通過結(jié)合MS和LMD递递，我們可以重新定義表型∩睹矗基本上登舞，蛋白質(zhì)組成為細(xì)胞表型的一部分，因為它現(xiàn)在可以通過空間分辨率觀察到悬荣。我喜歡稱之為‘表型蛋白質(zhì)組’菠秒。顯然，這種方法也可以以空間對應(yīng)的方式與基因組或其他組學(xué)分析相結(jié)合氯迂〖”
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新冠肺炎患者的分類
當(dāng)前，基于timsTOF Pro的4D蛋白質(zhì)組學(xué)最值得一提的應(yīng)用嚼蚀，就是實(shí)現(xiàn)新冠肺炎感染中宿主免疫反應(yīng)的深層表型[5]禁灼。
這項研究涉及200-300名患者，其中一些患者在多個時間點(diǎn)采集樣本轿曙，并在Bruker-timsTOF Pro上使用高通量蛋白質(zhì)組學(xué)進(jìn)行分析弄捕。該研究采用了一種新的方法，使用這些樣本的亞組與其他組學(xué)技術(shù)進(jìn)行分析导帝，例如某些血細(xì)胞的位點(diǎn)分析守谓。血漿蛋白質(zhì)組能夠?qū)啽硇头中偷交颊呷褐校@可以預(yù)測嚴(yán)重程度和結(jié)果（圖3和4）[5]您单。在對同一組樣本進(jìn)行的這項大型研究中使用的8種組學(xué)中斋荞，蛋白質(zhì)組學(xué)最適合將新冠肺炎患者分為不同的疾病嚴(yán)重程度組，而其他技術(shù)則提供了數(shù)據(jù)來幫助理解潛在的生物學(xué)意義虐秦。
該蛋白質(zhì)組分析確定了特定的血漿急性期蛋白水平作為嚴(yán)重疾病的指標(biāo)譬猫，并有證據(jù)表明急性期炎癥讯檐、補(bǔ)體激活/攻擊、纖維蛋白凝塊染服、蛋白酶别洪、血清淀粉樣蛋白、組織壞死柳刮、受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用和膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)挖垛。發(fā)現(xiàn)了血漿蛋白特征，可用于將急性住院新冠肺炎病例分層為疾病亞表型秉颗，聚類成員可為反應(yīng)狀態(tài)提供信息痢毒，并與差異28天死亡率相關(guān)。
這一多組學(xué)血液圖譜等研究將為新冠肺炎未來的藥物開發(fā)蚕甥、臨床試驗設(shè)計和個性化藥物治療方法提供必要的見解哪替。
