发现新大陆:精准医学背景下的蛋白质组学临床转化

2023-05-10 14:56:27

 最近有两则新闻大家一定注意到了,一个是国家卫计委给“临床实验室自建项目(LDT)”开闸放水,另一个是科技部发布“精准医学研究”重点专项申报指南。这两则看似不相关的新闻,在小编看来,对实现蛋白质组学的临床转化与应用有着深远意义,下面就让小编打开脑洞,为大家理一理蛋白质组学临床转化现状与未来,一起发现这块新大陆。



(1) 精准医疗与蛋白质组的关系

大家知道精准医疗这个新名词去年大热,奥巴马提出精准医疗的本意要回溯到当年的人类基因组计划,以为测了人类基因组就可以解决所有疾病,特别是癌症的问题,但测了之后发现还是没法解决。再往后随着二代测序技术的发展,大规模全基因组检测成为现实,于是就有了TCGA计划,收集上万个癌症病人、测20几种癌症的全基因组,挖掘癌症驱动基因。直到近几年测序价格越来越便宜,更大规模的测序——百万人基因组测序成为现实,然后基于这样的庞大数据集,自然就可以把癌症相关基因给弄清楚了,这就是精准医疗的目的。


但是中国版的精准医疗计划不仅局限于癌症基因组这么简单,我们先来看看中国对精准医疗的描述:聚焦我国高发重大疾病问题,包括肿瘤、心脑血管、代谢性疾病、免疫性疾病及罕见病,进行前瞻性布局,整合基因组、蛋白质组、转录组、代谢组等生命组学研究,挖掘多层次分子信息,应用现代遗传技术、分子影像技术、生物信息技术,结合患者生活环境和临床数据,实现精准的疾病分类和诊断,制定具有个性化的疾病预防和诊疗方案。


小编非常赞同中国精准医疗的理念(先拍个马屁,再来说正事),因为中国在早期癌症诊断方面远远落后于发达国家,中国的很多患者在发现癌症之时已经到了晚期,错失了治疗的最佳时机,美国癌症患者5年存活率达到85%,中国患者5年存活率仅为25%。基因组检测在早期诊断上固然有一定作用,但基因型能提供的仅仅是疾病发生的可能性,无法精准判断疾病的发生发展。好莱坞知名女星安吉丽娜·朱莉通过基因检测发现自己是BRCA1/2突变携带者,仅仅因为得乳腺癌的“概率较高”,就做了双侧乳腺切除术以降低罹癌风险,这实际上是基因组带来的一种过度预防和治疗。

要解决过度预防和治疗的问题,必须从基因型深入到表型,即在蛋白质组和代谢组层面,对疾病进行精确的早期诊断。换句话说,相比基因,蛋白更合适作为一个动态的生化指标,更直接地判断疾病的发生和发展。包括蛋白质组在内的多组学不仅是精准医学的一部分,而且更加符合中国国情,国家在这块的投入也一直非常给力。


(2)蛋白质组临床转化之惑

不仅在早期诊断方面,蛋白质组学在疾病预防、分型、疗效监测、判断预后等诸多方面都有着巨大的潜力。但是众所周知蛋白质组学从研究到临床存在着巨大的鸿沟,如果说基因组已经100%与临床衔接,那么代谢组是70%,蛋白质组最多只有30%,蛋白质组远比基因组复杂。科学研究100次实验只要成功1次就行,但临床检测人命关天,100次检测必须100次准确。


现在蛋白质组学发现的潜在癌症标志物已经超过1000种,但是通过最终验证、审批、并用于临床的屈指可数。除了蛋白质组本身的复杂性之外,还有几点重要原因:(a) 疾病标志物验证周期过长,例如下图几种典型的蛋白标志物,从发现到通过FDA审批平均跨度达30年;(b) 蛋白质组学研究缺乏标准化流程,各实验室方法、流程、设备不统一,获得的标志物难以重现;(c) 疾病标志物验证便捷性差,不仅准备工作繁琐,而且需要合成重标肽和各种优化,一些特殊蛋白的抗体制备也是问题。

OVA1成功通过FDA绿色通道快速审批成为第一个蛋白质组学的IVDMIA,用于配合成像手段判断卵巢癌病灶的恶性程度,开创了蛋白质组从研究向临床的第一步。为此国立癌症研究院(NCI)成立了癌症临床蛋白质组学技术评价组织(CPTAC),由Fred Hutch、Hopkins、西北太平洋国家实验室等5家机构牵头,致力于建立临床蛋白质组学研究的标准流程和向临床转化的方法指导,加速推动蛋白质组学标志物的验证和审批。CPTAC还与TCGA合作,研究TCGA肿瘤样本的蛋白质组,实现癌症基因组与蛋白质组的对接。小编相信会有越来越多类似于OVA1的成功案例。



(3)临床蛋白质组的曙光

OVA1的快速获批以及CPTAC的成立为蛋白质组学的临床转化带来希望。但FDA审批不是唯一途径,实验室自建方法(LaboratoryDeveloped Test, LDT)政策是可以将蛋白质组更快、更有效用于临床的另一条路,是蛋白质组临床转化的新曙光。。在此模式下,只要实验室获得临床实验室改进修正案(CLIA)认证,其研发的产品和技术服务就可以合法进入临床、合理收费,检测结果即可用于指导临床诊疗。该管理方式自实施以来,得到了患者、医院、第三方医学实验室、保险公司的广泛认可,并与医保挂钩。目前美国有近25万个CLIA实验室,药明康德最近也通过了CLIA认证。美国临床病理学会(ASCP)对LDT定义为:实验室内部研发、验证和使用,以诊断为目的的体外诊断实验。LDT仅能在研发的实验室内使用,可使用购买或自制的试剂,但这些试剂不能销售给其他实验室、医院或医生。LDT的开展不需要经过FDA的批准。,极大地促进了美国质谱技术在临床应用中的快速发展。


例如,NUCLEA公司的CLIA认证实验室就开发了几种用于临床检测的蛋白质谱方法,用于指导糖尿病等疾病的诊断与治疗。


再例如,Indi公司LDT检测项目XpresysLung是对影像学肺部有占位的病人病灶良/恶性的诊断,采用的是对一组蛋白标志物(12种蛋白)进行SRM质谱定量。感兴趣的童鞋可以看一下他们的网站和文章。类似的例子已经越来越多。


免疫学方法(ELISA等)是临床蛋白检测的传统方法,但是蛋白质谱临床检测的优势越来越明显:

  1. 优异的选择性:假阳性/假阴性低,能准确区分SNP;

  2. 通量高:针对蛋白标志物集(Panel)检测具有不可替代的通量和成本优势;

  3. 翻译后修饰:糖基化等修饰标志物越来越多,质谱对于修饰检测有着更高的特异性和灵敏度;

  4. 定量准确度高。

因此,质谱正成为一种重要互补的手段,越来越多地用于蛋白临床检测。


进一步将免疫学方法与质谱法结合,即免疫富集+质谱检测定量的技术方案,可以解决更复杂、更低丰度蛋白标志物检测的问题。


典型的例子是甲状腺球蛋白(TG)TG在体内的自抗体会造成免疫学方法的假阴性,并因此造成20%-30%甲状腺癌病人的误诊,因为20%-30%的人拥有TG的自抗体。肽段抗体供应商SISCAPA开发了针对TG特征肽的抗体。利用该抗体富集TG特征肽并质谱检测,建立了LDT方法,用于诊断TG自抗体为阳性的病人。目前梅奥和ARUP LAB两家公司已经开始使用该LDT方法进行商业化临床诊断服务。




SISCAPA已经开发了近50种蛋白标志物的特征肽抗体,结合Protein Atlas开发的人类全蛋白质组18000种蛋白片段抗体及相应重标肽标准品,蛋白质组学的临床转化,即从蛋白标志物验证到实际的临床检测,已经没有任何障碍。


得益于近两年国内学者的呼声越来越高,CFDA的LDT政策现在已有眉目,全面开放LDT项目是早晚的事情,临床蛋白质谱检测这块新大陆定会成为兵家必争之地。


好了,蛋白质组学的临床转化就聊到这里,过段时间我们再来聊蛋白分析神器-Orbitrap如何在临床蛋白质组学中大展身手,敬请期待。

(本文作者:张伟,李静。内容仅代表作者个人观点)


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