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我国科学家建立世界上首个蛋白质组规模的健康人尿蛋白定量参考范围可用于健康状态监测及肿瘤筛查

来源:国家蛋白质科学中心(北京) 2017-05-10 16:32

导语:

尿液是临床检验中除血液外最常用的体液样本。从尿液中寻找新的生物标志物,是当前临床蛋白质组学研究的热点之一。但由于尿蛋白质组的生理波动性和个体间差异很大以及缺乏在健康人群中对这些波动性和差异的长期监测和系统性评估,致使基于尿蛋白的生物标志物研究的假阳性发现很高,基本无法通过后续的大规模临床验证。5月2日,国家蛋白质科学中心(北京)秦钧课题组在EBioMedicine杂志上发表了题为“Proof-of-Concept Workflow for Establishing Reference Intervals of Human Urine Proteome for Monitoring Physiological and Pathological Changes”的研究论文(图1),


文章第一作者为冷文川副研究员,该研究以国际两中心的方式采集了来自167名健康自愿者的500个尿蛋白质组数据,对健康人尿蛋白质组的生理波动性和个体间差异进行了系统性评估,在此基础上建立了世界上首个蛋白质组规模的健康人尿蛋白定量参考范围。通过利用此定量参考范围对跨大陆飞行及肿瘤病人尿蛋白质组数据进行分析的实例,充分展示了健康人尿蛋白定量参考范围在健康监测及肿瘤筛查方面重要应用价值。

论文解读:

尿常规检测是临床检验中最常用的项目之一,通过对尿液中胆红素、葡萄糖、酮体、蛋白、血细胞等指标的检测可以进行各种疾病的诊断或疗效监测,但尿常规中各项指标所包括的健康生理信息还仅是沧海一粟。鉴于尿液检测在健康医学方面的重要价值及其采样无创(无痛)和方便等突出优点,近年来新出现的各种生命组学技术都被各国科学家争相用于尿液中健康相关信息的深度挖掘,以期开辟无创健康医学监测的新天地,尿蛋白质组学研究是其中最活跃的领域之一。目前从尿液中寻找新生物标志物的研发流程通常分为发现和验证两个阶段:在发现阶段用蛋白质组学方法分别对几例到几十例的目标疾病组和对照组样品进行检测,两组间显着差异的蛋白成为候选生物标志物进入验证阶段;在验证阶段,利用大规模独立的样本对候选生物标志物进行检验。由于尿蛋白质组的生理波动和个体间差异很大,在发现阶段通过小样本量找到的候选标志物实际上通常是不同个体间差异的假阳性标志物,而不是真正反映疾病和对照状态差异的蛋白,因此无法通过后续大规模的临床验证。当前在临床尿蛋白质组领域还缺乏对健康人群尿蛋白质组个体内生理性波动及个体间差异的长期监测和系统性评估的研究以及在尿蛋白生物标志物研究过程中如何有效克服假阳性发现的有效办法。

在此次研究中,秦钧教授团队研究人员利用完全自主研发的高效尿蛋白质组检测工作流以国际两中心(休斯顿贝勒医学院及北京国家蛋白质科学中心)的形式分别采集了用于系统性评价个体内生理性波动及个体间差异的尿蛋白质组数据(167名健康自愿者的497个尿蛋白质组),对同一自愿者的最长尿样采集时间跨度近1年(314天)。经数据分析发现健康人尿蛋白质组不论是长期的个体内生理性波动或是人群中的个体间差异,尽管变化较大但都会维持在一定的范围内,表明通过采集足够的尿蛋白质组数据完全可以建立健康个体或人群的尿蛋白定量参考范围。以该大规模健康人尿蛋白质组数据集为基础,研究人员建立了世界上首个蛋白质组规模的健康人尿蛋白定量参考范围。



利用健康人尿蛋白定量参考范围,该研究团队通过对某健康自愿者间隔3个月的两次跨大陆飞行(每次乘飞机15小时以上)后连续一周的尿样进行分析,均捕捉到了与其生理应激反应相关的蛋白;在对2名患感冒自愿者的尿样进行分析时,也捕捉到了与病毒免疫反应密切相关的蛋白。此外,研究人员进一步利用健康人尿蛋白定量参考范围对154名肿瘤(肺癌、胃癌等7种实体肿瘤)患者的尿样数据进行分析,提出了基于超几何分布检验的肿瘤尿样识别的全新算法,识别的特异性达95%,敏感性达85%。这些应用实例充分展示了健康人尿蛋白定量参考范围在健康监测及肿瘤筛查等方面重要应用价值。



该研究对健康人群尿蛋白质组的个体内波动和个体间差异进行了系统性评估,并在此基础上建立了世界上首个蛋白质组规模的健康人尿蛋白定量参考范围,回答了临床尿蛋白质组研究领域的关键问题,为尿蛋白生物标志物研究中的假阳性发现问题找到了全新的解决方案,提出了基于超几何分布检验的肿瘤尿样识别的全新算法。该研究为以大数据方式利用人尿蛋白质组进行健康管理及疾病筛查等奠定了基础。

国家蛋白质科学中心(北京)的秦钧教授、甄蓓教授及天津宝坻医院的王广舜教授为本文的共同通讯作者。国家蛋白质科学中心(北京)的冷文川副研究员、在读博士研究生倪晓天以及天津宝坻医院孙长青教授为本文的共同第一作者。

秦钧教授简介:


秦钧,博士,现任军事医学科学院放射与辐射医学研究所,北京蛋白质组研究中心主任、研究员,博士生导师,**“**计划”人才。中国生物化学与分子生物学会蛋白质组学专业委员会(CNHUPO)副理事长。中共中央组织部第九批“**计划”人才,北京市“海聚工程”人才。秦钧教授是世界上少数几位将质谱仪设计、蛋白质组学方法开发、生物信息学、生物学及临床应用纳入同一个研究项目的学者之一。其开发的方法,可以在几个小时内准确地识别和定量8000个蛋白,并对感兴趣的200个蛋白质在60分钟内精确定量。其成功主持了973项目《泛素-蛋白酶体:系统性发现其底物、发掘新作用机制及其生物学意义》、国际合作项目《II型糖尿病脂滴蛋白防诊治靶点筛选与验证》《蛋白质组信息学关键技术及分析系统研发》等。获授权专利4项,其中美国专利1项;在Cell、Mol Cell、Anal Chem, PNAS、Nat Commu、J Proteome Res、JBC等国内外杂志发表论文百余篇。

王广舜教授简介



天津医科大学硕士研究生导师,胸外科主任医师,国务院政府特贴专家,天津市宝坻区人民医院院长,中国医师协会胸外科医师分会常委,中华医学会肿瘤学分会委员,在胸部创伤救治及胸部肿瘤外科领域有着丰富的临床经验,主持多项胸外科疾病诊疗研究。从事临床胸外科、肿瘤外科专业工作,承担国家级课题1项(中国人类蛋白质组草图,973计划),省部级课题5项,获得国家级科技成果奖励1项,省部级科技成果、填补市空白项目等奖励10项。发表论文17篇,其中6篇SCI论文,获得国家实用新型专利1项。于2011年获得国务院颁发政府特殊津贴,三次荣获“全国医院优秀"院长”称号,多次获得“天津市优秀卫生专业技术人员”、“天津市十佳医务工作者”、“天津市劳动模范”、“天津市优秀青年人才奖”等荣誉称号。

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