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JTH｜血液DIA蛋白质组学揭示肺栓塞早期诊断生物标志物

精准医学与蛋白组学

2022.12.02

景杰生物 | 报道

肺栓塞 (PE) 是心血管死亡的主要原因之一，早期PE疾病的准确诊断有助于临床医生采取快速且有针对性的治疗，但是PE由于其非特异性原因和临床表现，急性PE难以诊断。因此，快速准确的诊断和风险分层对PE患者进行分层是及时有效治疗的前提。

近日，权威期刊Journal of Thrombosis and Haemostasis (IF=16.04)上发表了题为“Discovery of plasma biomarkers with data-independent acquisition mass spectrometry and antibody microarray for diagnosis and risk stratification of pulmonary embolism” 的研究论文。研究者通过对临床PE患者的血液样本采用了基于DIA数据采集模式的质谱技术进行血液样本的高深度蛋白质组分析。通过差异表达的蛋白分析揭示了PE患者生物学过程的特定变化，也发现了潜在的可用于PE早期诊断的生物标志物。之后，研究者通过ELISA的检测方法在新的人群队列中对候选的生物标志物进行验证，以评估候选生物标志物的诊断性能。其中，血液DIA蛋白质组学分析由景杰生物提供技术支持。

研究策略

首先，研究者采取了经典的“三角形”的研究策略：将入组人群分为了发现集以及验证集。发现集共纳入了3例高风险PE患者、6例非高风险PE患者、4例健康对照，对上述人群的血液样本进行了基于DIA质谱的蛋白质组学分析；10例高风险PE、10例非高风险PE以及12例健康对照，对上述人群的血液样本进行抗体微阵列分析。验证集的纳入人数较多，共纳入了25例高风险PE患者、25例非高风险患者、26例健康对照，对上述人群的血液样本通过ELISA方法验证发现集所挑选出来的候选蛋白。

图1 整体研究思路

血液DIA蛋白组揭示PE患者血浆蛋白质组谱

研究者通过蛋白质组学技术在发现集人群血液中共鉴定到1161种蛋白质并定量了764种蛋白质，通过抗体微阵列分析鉴定到了其中657种蛋白质。研究者进一步分析了蛋白质组学结果，探索不同组别之间的差异蛋白。结果发现高风险PE患者与非高风险PE患者血液中存在70种差异蛋白 (PEH_PEnonH) ，PE患者与健康对照组之间存在207种差异蛋白 (PE_H) 。图2C展示了四个不同比较组别之间的差异蛋白情况，结果发现有16种蛋白质的表达水平在所有的组别之间都存在显著差异。

图2 发现集的蛋白质组学数据分析结果

生物信息学数据分析

随后，作者将基于蛋白质组学所得到的PEH_PEnonH两组的差异蛋白数据进行GO分析。研究者发现PEH_PEnonH的差异蛋白主要富集在凝血功能调节、趋化因子配体2的正向调节、受体介导的内吞作用以及急性炎症反应 (图3A) 等生物学功能。GO分析的结果提示急性炎症反应可能与趋化因子产生存在相互作用。后续作者进一步分析了PE_H两组的差异蛋白，发现PE_H的差异蛋白主要富集在补体激活、损伤后修复、高密度脂蛋白颗粒重塑、多肽酶负相调控等生物学功能上。

图3 GO富集分析差异蛋白所得生物学过程

候选生物标志物验证

作者采用ELISA (酶联免疫吸附试验) 对下列5个候选的生物标志物在验证集患者的血液样本中进行了进一步的验证：SAA1 (血清淀粉样蛋白A1)、S100A8/A9 (钙保护素)、TNC (肌腱蛋白-C)、GSN (明胶蛋白) 和HRG (富含组氨酸的糖蛋白)。从结果可得，上述五种蛋白在三组不同的组别之间几乎都存在显著性差异。

图4 在不同组别中使用ELISA验证候选生物标志物结果

候选生物标志物的诊断性能检测及临床数据关联分析

研究者检查了五种候选蛋白在PE与健康对照组之间的诊断性能以及三种显著变化的蛋白质在高危与非高危PE患者之间的诊断性能。结果表明，SAA1、S100A8和TNC有助于PE的诊断，而后两种蛋白则有助于高危PE的诊断。之后，作者进一步将候选蛋白与临床指标进行关联分析，发现同型半胱氨酸 (HCY) 与SAA1以及S100A8呈现正相关，血糖与S100A8、TNC呈现正相关，NT-proBNP与GSN以及HRG呈现负相关关系。临床数据关联的结果与之前报道的结果一致：PE患者血浆HCY和NT-proBNP水平升高，PE患者高血糖水平与高短期死亡率相关。

图5 PE患者五种候选生物标志物与临床指标的关联性网络分析

综上所述，血液是疾病快速准确诊断和风险分层的生物标志物的良好来源，该研究利用基于DIA数据采集模式的质谱技术进行血液样本的高深度蛋白质组分析并结合ELISA进行后续验证，系统分析了血液中用于诊断PE以及风险分层的生物标志物。研究表明炎症调节可能是PE的一个有价值的靶点，该研究结果的临床应用的可能性和潜在的诊断性还需要进一步验证。

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参考文献

1. Bingqing Han, et al. 2021. Discovery of plasma biomarkers with data-independent acquisition mass spectrometry and antibody microarray for diagnosis and risk stratification of pulmonary embolism. Journal of Thrombosis and Haemostasi.

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