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蛋白质组学专题 | 创新血液蛋白质组学深化临床研究

迈维代谢

2022.11.07

前言

医学研究样本类型众多，其中临床样本通常为组织、活检组织（如针活检）和体液（如脑脊液（CZE）），以及非常容易获得的尿液和血浆、血清样本。其中血液样本易获得，且无创，并能反应机体内循环特征和个体生理机能，因此在临床应用上价值极高，是组学研究首选样本类型，包括蛋白组。小迈特统计了近10年蛋白质组学研究文章，其中血液蛋白质组学研究占比稳定在15%以上，血液蛋白质组学研究可见一斑。

血液为蛋白组临床研究主要样本类型

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血液蛋白质特征

人体血浆中的循环蛋白浓度约为70mg/ml，估计在12个数量级的浓度范围内。血液样本至少包含10,000种不同蛋白质种类，其中大约3000种蛋白质可被视为血浆经典的常驻血浆蛋白。血液样本含有种类丰富的蛋白质，其中高丰度蛋白比例达到97%—99%，如白蛋白、免疫球蛋白、转铁蛋白和纤维蛋白原，它们的浓度范围为mg/ml。其他蛋白来自各种器官的分泌或渗漏，然后被稀释到外周血中，浓度可低至pg/ml，如IL-6、IL-12、肿瘤坏死因子-α等，并且在蛋白质组学分析中通常被更高丰度的蛋白质所掩盖。

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血液蛋白质特征（Maggie P.Y. Lam. et al）

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高丰度蛋白限制血液蛋白组检测

由于血液中高丰度蛋白质含量较高，基于常规的蛋白质组学研究限制了血液蛋白质检出通量。即使基于TMT和DIA检测通量较高的蛋白质组学技术，大部分检出在200至800个蛋白质之间，无法满足老师研究需求。如一项关于系统性红斑狼疮的研究显示，对58个血清样本进行TMT检测，共鉴定了744个蛋白。

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血液蛋白质组文献展示

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血液蛋白质组学技术

为克服高丰度蛋白对血液蛋白组限制，大批优秀技术诞生，主要可归为3类：去高丰度（不依赖抗体）、去高丰度（依赖抗体）、磁珠富集低丰度。其中去高丰度（不依赖抗体）代表性方法为ProteoMinerTM低丰度蛋白富集系统（伯乐公司）；去高丰度（依赖抗体）代表性方法为多重亲和去除系统（安捷伦公司）、ProteoExtract™高丰度蛋白去除试剂盒（德国默克公司）、基于IgY多克隆抗体蛋白去除产品（Seppro）；磁珠富集低丰度代表性方法为纳米石墨烯磁珠吸附法。

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血液蛋白质组技术展示

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去高丰度血液蛋白组

1. 免疫耗竭法

免疫耗竭是针对高丰度蛋白质特定抗体的选择性结合，已成功用于去除最丰富的血清和血浆蛋白质。这种方法涉及将所选抗体与色谱载体结合。当血清或血浆蛋白质与抗体接触时，高丰度蛋白质被保留，对低丰度蛋白质wash并用于下游分析。该技术由于依赖抗体，因此对样本起始量有所限制，另外在实验过程中引入许多试剂，从而使蛋白浓度降低，影响血液样本蛋白检出。

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免疫耗竭法去高丰度原理示意图（Aran Paulus）

2. ProteoMiner蛋白浓缩试剂盒

ProteoMiner蛋白浓缩试剂盒主要通过一个具有六肽基配体的微球达到去高丰度作用，将血液样本与试剂混合，微球六肽基配体会与蛋白质结合，每个蛋白质结合位点有限，部分高丰度蛋白未与微球结合被去除，从而达到高丰度蛋白稀释作用。另外可控制中低丰度蛋白洗脱体积，从而有效提高蛋白浓度。

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ProteoMiner蛋白浓缩试剂盒去高丰度原理示意图（Aran Paulus）

用ProteoMiner蛋白富集试剂盒处理血浆样品，并用SDS-PAGE分析。结果显示血清和血浆中典型的条纹减少，斑点更加清晰，即高丰度蛋白有效去除。此外，由于高丰度蛋白质斑点明显减少，因此可以看到更多独特的斑点（中低丰度蛋白）。

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血液高丰度蛋白去除、低丰度蛋白富集效果显著（Aran Paulus）

3. 迈维去高丰度血液蛋白组

迈维对血液去高丰度实验进行了研发，并完善实验流程。基于蛋白浓缩试剂盒去除高丰度，并基于timsTOF Pro2仪器进行质谱检测，从而保证有效提高血液蛋白组检测通量。最终血液样本蛋白质鉴定数量达1200-2000+水平，较普通蛋白组提高2.5倍。且血液蛋白浓度跨越8个数量级，从ng/L至mg/L。