我國科學家建立首個蛋白質組規模的健康人尿蛋白定量參考範圍

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尿液是臨床檢驗中除血液外最常用的體液樣本。尿常規檢測是臨床檢驗中最常用的項目之一，通過對尿液中膽紅素、葡萄糖、酮體、蛋白、血細胞等指標的檢測可以進行各種疾病的診斷或療效監測，但尿常規中各項指標所包括的健康生理信息還僅是滄海一粟。鑒於尿液檢測在健康醫學方面的重要價值及其採樣無創（無痛）和方便等突出優點，近年來新出現的各種生命組學技術都被各國科學家爭相用於尿液中健康相關信息的深度挖掘，以期開闢無創健康醫學監測的新天地，尿蛋白質組學研究是其中最活躍的領域。從尿液中尋找生物標誌物，是當前臨床蛋白質組學研究的熱點之一。但由於尿蛋白質組的生理波動性和個體間差異很大以及缺乏在健康人群中對這些波動性和差異的長期監測和系統性評估，致使基於尿蛋白的生物標誌物研究的假陽性發現很高，基本無法通過後續的大規模臨床驗證。

2017年5月2日，北京蛋白質組研究中心-天津醫科大學寶坻臨床學院轉化醫學聯合研究中心，國家蛋白質科學中心（北京）課題組在EBioMedicine雜誌上發表了題為「Proof-of-Concept Workflow for Establishing Reference Intervals of Human Urine Proteome for Monitoring Physiological and Pathological Changes」的研究論文。該研究以國際兩中心的方式採集了來自167名健康自願者的500個尿蛋白質組數據，對健康人尿蛋白質組的生理波動性和個體間差異進行了系統性評估，在此基礎上建立了世界上首個蛋白質組規模的健康人尿蛋白定量參考範圍，回答了臨床尿蛋白質組研究領域的關鍵問題，為尿蛋白生物標誌物研究中的假陽性問題找到了全新的解決方案， 為今後利用尿蛋白質組進行健康管理及疾病篩查奠定了基礎。

研究團隊對某健康自願者間隔3個月的兩次跨大陸飛行（中國-美國）後連續一周的尿樣進行分析，均捕捉到了可重複的與生理應激反應相關的蛋白；在對2名患感冒自願者的尿樣分析時，也捕捉到了與病毒免疫反應相關的蛋白。此外，研究人員進一步利用健康人尿蛋白定量參考範圍對154名腫瘤（肺癌、胃癌等7種實體腫瘤）患者的尿樣進行分析，利用一種超幾何分布識別腫瘤尿樣的演算法，識別的特異性達95%，敏感性達85%。這些應用實例展示了健康人尿蛋白定量參考範圍在健康監測及腫瘤篩查等方面的應用價值。

這些方法還處於實驗室研究階段，還要經歷一系列的開發，報批過程，才有可能在臨床中應用。

論文解讀：

尿常規檢測是臨床檢驗中最常用的項目之一，通過對尿液中膽紅素、葡萄糖、酮體、蛋白、血細胞等指標的檢測可以進行各種疾病的診斷或療效監測，但尿常規中各項指標所包括的健康生理信息還僅是滄海一粟。鑒於尿液檢測在健康醫學方面的重要價值及其採樣無創（無痛）和方便等突出優點，近年來新出現的各種生命組學技術都被各國科學家爭相用於尿液中健康相關信息的深度挖掘，以期開闢無創健康醫學監測的新天地，尿蛋白質組學研究是其中最活躍的領域之一。目前從尿液中尋找新生物標誌物的研發流程通常分為發現和驗證兩個階段：在發現階段用蛋白質組學方法分別對幾例到幾十例的目標疾病組和對照組樣品進行檢測，兩組間顯著差異的蛋白成為候選生物標誌物進入驗證階段；在驗證階段，利用大規模獨立的樣本對候選生物標誌物進行檢驗。由於尿蛋白質組的生理波動和個體間差異很大，在發現階段通過小樣本量找到的候選標誌物實際上通常是不同個體間差異的假陽性標誌物，而不是真正反映疾病和對照狀態差異的蛋白，因此無法通過後續大規模的臨床驗證。當前在臨床尿蛋白質組領域還缺乏對健康人群尿蛋白質組個體內生理性波動及個體間差異的長期監測和系統性評估的研究以及在尿蛋白生物標誌物研究過程中如何有效克服假陽性發現的有效辦法。

在此次研究中，秦鈞教授團隊利用自主研發的高效尿蛋白質組檢測工作流以國際兩中心（休斯頓貝勒醫學院及北京國家蛋白質科學中心）的形式分別採集了用於系統性評價個體間差異的尿蛋白質組數據（167名健康自願者的497個尿蛋白質組），對同一自願者的最長尿樣採集時間跨度近1年（314天）。數據分析發現健康人尿蛋白質組不論是長期的個體內生理性波動或是人群中的個體間差異，儘管變化較大但都會維持在一定的範圍內，表明通過採集足夠的尿蛋白質組數據完全可以建立健康個體或人群的尿蛋白定量參考範圍。以該大規模健康人尿蛋白質組數據集為基礎，研究人員建立了健康人尿蛋白定量參考範圍。

利用健康人尿蛋白定量參考範圍，該研究團隊通過對某健康自願者間隔3個月的兩次跨大陸飛行（每次乘飛機15小時以上）後連續一周的尿樣進行分析，均捕捉到了與其生理應激反應相關的蛋白；在對2名患感冒自願者的尿樣進行分析時，也捕捉到了與病毒免疫反應密切相關的蛋白。此外，研究人員進一步利用健康人尿蛋白定量參考範圍對154名腫瘤（肺癌、胃癌等7種實體腫瘤）患者的尿樣數據進行分析，提出了基於超幾何分布檢驗的腫瘤尿樣識別的演算法，識別的特異性達95%，敏感性達85%。這些應用實例充分展示了健康人尿蛋白定量參考範圍在健康監測及腫瘤篩查等方面重要應用價值。

國家蛋白質科學中心（北京）的秦鈞教授、甄蓓教授及天津醫科大學寶坻臨床學院，天津市寶坻區人民醫院的王廣舜教授為本文的共同通訊作者。國家蛋白質科學中心（北京）的冷文川副研究員、在讀博士研究生倪曉天以及天津醫科大學寶坻臨床學院，天津市寶坻區人民醫院孫長青博士為本文的共同第一作者。

秦鈞教授簡介：

秦鈞，博士，現任北京蛋白質組研究中心主任、研究員，博士生導師，中組部「千人計劃」人才。中國生物化學與分子生物學會蛋白質組學專業委員會(CNHUPO) 理事長。秦鈞教授是世界上少數幾位將質譜儀設計、蛋白質組學方法開發、生物信息學、生物學及臨床應用納入同一個研究項目的學者之一。在Cell、Mol Cell、Anal Chem, PNAS、Nat Commu、J Proteome Res、JBC等國內外雜誌發表論文百餘篇。

王廣舜教授簡介：

天津醫科大學碩士研究生導師，胸外科主任醫師，國務院政府特貼專家，天津市寶坻區人民醫院院長，中國醫師協會胸外科醫師分會常委，中華醫學會腫瘤學分會委員，在胸部創傷救治及胸部腫瘤外科領域有著豐富的臨床經驗，主持多項胸外科疾病診療研究。從事臨床胸外科、腫瘤外科專業工作，承擔國家級課題1項（中國人類蛋白質組草圖，973計劃），省部級課題5項，獲得國家級科技成果獎勵1項，省部級科技成果、填補市空白項目等獎勵10項。發表論文17篇，其中6篇SCI論文，獲得國家實用新型專利1項。於2011年獲得國務院頒發政府特殊津貼，三次榮獲「全國醫院優秀"院長」稱號，多次獲得「天津市優秀衛生專業技術人員」、「天津市十佳醫務工作者」、「天津市勞動模範」、「天津市優秀青年人才獎」等榮譽稱號。

冷文川副研究員簡介

冷文川，博士，現任國家蛋白質科學中心（北京） 副研究員。2005年畢業於中國疾病預防控制中心，病原生物學博士； 2005-2009年在中國疾病預防控制中心病毒基因工程國家重點實驗室擔任助理研究員，從事病原微生物蛋白質組學研究；2009-2012年在中國醫學科學院病原生物學研究所擔任副研究員，從事病原微生物蛋白質組學研究；2012-2014年赴美國貝勒醫學院從事生物質譜和蛋白質組學博士後研究工作。2014年底全職回國在國家蛋白質科學中心（北京）任副研究員。主要研究方向：發展蛋白質組學新技術新方法；臨床蛋白質組學研究； 生物標誌物研究。近5年來在EBioMedicine、Nature、Molecular Cell等高水平雜誌發表論文3篇。

倪曉天簡介

在讀博士，就讀於華東師範大學。主攻生物信息學、蛋白質組學方法開發、數據挖掘與機器學習方向。

孫長青博士簡介

孫長青，博士，天津市寶坻區人民醫院科教處處長，中國醫藥教育協會神經外科器械學組委員，天津市醫學會臨床流行病學和循證醫學分會委員，天津市醫學會功能神經外科分會委員，《臨床轉化神經科學（英文）》特約審稿專家。承擔天津市衛計委和天津市醫院協會課題各1項，以第一作者發表SCI論文2篇。

參考文獻

1. Leng W, Ni X, Sun C, Lu T, Malovannaya A, Jung SY, Huang Y, Qiu Y, Sun G, Holt MV, Ding C, Sun W, Men X, Shi T, Zhu W, Wang Y, He F, Zhen B, Wang G, Qin J. Proof-of-Concept Workflow for Establishing Reference Intervals of Human Urine Proteome for Monitoring Physiological and Pathological Changes. EBioMedicine. 2017 Apr;18:300-310.