在精準(zhǔn)醫(yī)療與數(shù)字健康的交匯點(diǎn)上，基于質(zhì)譜的血漿蛋白質(zhì)組學(xué)正掀起一場(chǎng)臨床診斷的革命。 過去十年，傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)受限于靈敏度與通量瓶頸，難以從血液中捕捉到與疾病密切相關(guān)的微量蛋白質(zhì)標(biāo)志物，而質(zhì)譜技術(shù)的突破——尤其是高分辨質(zhì)譜（HRMS）與納米流質(zhì)譜聯(lián)用——徹底改變了這一局面。它能夠以單次檢測(cè)覆蓋數(shù)千種蛋白質(zhì)，并以ppm級(jí)精度識(shí)別疾病特異性生物標(biāo)志物，為癌癥、心血管疾病及神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病等復(fù)雜疾病的早期篩查、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和精準(zhǔn)治療提供全新范式。

本文將從臨床標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)需求-主流技術(shù)分析-核心瓶頸分析-政策驅(qū)動(dòng)持續(xù)發(fā)展四個(gè)層面詳述精準(zhǔn)醫(yī)療技術(shù)進(jìn)步新時(shí)代下，血漿蛋白質(zhì)組學(xué)研究的必要性和重要性。

第一部分：血液蛋白組將極大幫助診療標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)

一、血液是臨床最常用的樣本類型，血液檢測(cè)需求巨大

眾所周知，血液標(biāo)志物檢測(cè)是臨床最常見的診斷方式，甚至可以說，血液檢測(cè)構(gòu)成了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的基石。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)每年進(jìn)行20億次（以臨床診斷為目的）血液檢測(cè)，血液檢測(cè)的結(jié)果影響醫(yī)院和初級(jí)保健機(jī)構(gòu)80%的醫(yī)療決策[1,2]。據(jù)此推算，全球每年進(jìn)行的血液檢測(cè)數(shù)量至少在50億次以上。

二、血液中檢測(cè)蛋白指標(biāo)（免疫診斷）已經(jīng)是診斷市場(chǎng)的最大細(xì)分板塊

“免疫診斷”是臨床上對(duì)檢測(cè)體液（主要是：血液、尿液、腦脊液）中游離蛋白質(zhì)指標(biāo)的統(tǒng)稱。免疫學(xué)檢測(cè)方法是應(yīng)用免疫學(xué)理論設(shè)計(jì)的一系列測(cè)定抗原、抗體、免疫細(xì)胞及其分泌的細(xì)胞因子的實(shí)驗(yàn)方法[3]。

從1960年代開始，中國(guó)免疫診斷技術(shù)發(fā)展不斷更新迭代，從最早的放射免疫開始經(jīng)歷了膠體金、酶聯(lián)免疫，以及化學(xué)發(fā)光等技術(shù)的發(fā)展，通過持續(xù)提高技術(shù)以更好地滿足臨床診斷需求(見圖1)。近年來國(guó)內(nèi)的臨床應(yīng)用以化學(xué)發(fā)光檢測(cè)技術(shù)為主，其具有高靈敏度、高特異性、高通量、高穩(wěn)定度、易操作等優(yōu)點(diǎn)（見表1）。

免疫診斷的應(yīng)用場(chǎng)景范圍廣泛，在醫(yī)院的檢驗(yàn)科/臨床科室、體檢中心和第三方獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室均有相關(guān)的檢測(cè)平臺(tái)。免疫檢測(cè)平臺(tái)在臨床應(yīng)用中大致可分為中高通量?jī)x器和低通量?jī)x器，兩類儀器在技術(shù)原理、應(yīng)用場(chǎng)景和技術(shù)參數(shù)上不盡相同。中高通量?jī)x器主要以化學(xué)發(fā)光和酶聯(lián)免疫技術(shù)為主，通常為大型的檢驗(yàn)平臺(tái)，并放置在三/二級(jí)醫(yī)院中央檢驗(yàn)科室和第三方獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室內(nèi)(見圖2)。低通量免疫診斷儀器主要滿足醫(yī)院急診科快檢或小型/基層醫(yī)院的較少樣本檢測(cè)的需求，通過單人份檢測(cè)，在患者需要檢測(cè)時(shí)可做到隨到隨檢，同時(shí)也避免了試劑浪費(fèi)的情況(見圖3)。這類儀器主要采用免疫熒光、膠體金、時(shí)間分辨熒光等檢測(cè)方法，能在20分鐘左右提供定性或定量的檢驗(yàn)結(jié)果。

免疫診斷占中國(guó)整個(gè)體外診斷（IVD）市場(chǎng)規(guī)模的40%多，是體外診斷市場(chǎng)中最大的細(xì)分板塊（其他還包括：分子診斷、生化診斷、病理診斷、微生物診斷等領(lǐng)域）。中國(guó)免疫診斷市場(chǎng)在過去五年整體保持約20%增速，預(yù)計(jì)2022 年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)524億。其中，中高通量市場(chǎng)占主導(dǎo)地位，規(guī)模達(dá)456億(見圖4)。相對(duì)于低通量市場(chǎng)所面對(duì)的急診科或中小型醫(yī)院，中高通量市場(chǎng)面對(duì)三級(jí)醫(yī)院等大型醫(yī)院客戶，測(cè)試量較大且設(shè)備單價(jià)高，因此中高通量市場(chǎng)規(guī)模較大，貢獻(xiàn)了大部分的免疫診斷市場(chǎng)體量。

三、全球臨床大隊(duì)列研究可發(fā)現(xiàn)更多的蛋白標(biāo)志物，加速生物技術(shù)公司對(duì)診療新產(chǎn)品的開發(fā)

近年來越來越多的生物技術(shù)公司與研究機(jī)構(gòu)合作，利用蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)開發(fā)生物診斷標(biāo)志物和藥物靶點(diǎn)。最著名的項(xiàng)目莫過于2023年UK Biobank聯(lián)合13家國(guó)際生物制藥公司（包括：Alnylam Pharmaceuticals， Amgen， 阿斯利康， Biogen， BMS， Calico， Genentech， GSK， 強(qiáng)生制藥， 諾和諾德， 輝瑞， 再生元、武田制藥）組成的UK Biobank Pharma Proteomics Project（見圖5）。該項(xiàng)目共分析了54000名參與者血液中近3000種蛋白質(zhì)的水平，識(shí)別出超過14000種在特定基因變異與血液中蛋白質(zhì)水平之間的關(guān)聯(lián)——其中約80%是此前未知或未得到證實(shí)的。該蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)已被用于精確篩選乳腺癌、帕金森病等疾病的生物標(biāo)志物和潛在藥物靶點(diǎn)。阿斯利康的遺傳學(xué)家Ryan Dhindsa表示：“這些數(shù)據(jù)最令人興奮的應(yīng)用之一是訓(xùn)練AI模型進(jìn)行疾病預(yù)測(cè)?！?/p>

 圖5：UK Biobank Pharma Proteomics Project

隨著該項(xiàng)目的數(shù)據(jù)越來越被產(chǎn)業(yè)界認(rèn)可，2025年初，該計(jì)劃大規(guī)模擴(kuò)容。2025年1月9日，UK biobank與14家頂尖生物制藥公司（新加入該計(jì)劃的公司包括：Alden Scientific、羅氏制藥、Isomorphic Labs、Merck Sharp & Dohme）宣布將很快啟動(dòng)世界上最全面的人類血液蛋白質(zhì)組研究，旨在測(cè)量60萬個(gè)人血液樣本中5400種蛋白質(zhì)的水平，這些血樣包括UK biobank在2006年至2010年間采集的50萬名參與者的初始血液樣本，以及對(duì)其中10萬人在15年后采集的后續(xù)樣本。所有參與者的基因組均已測(cè)序，以便比較其蛋白質(zhì)水平與遺傳數(shù)據(jù)?？茖W(xué)家表示，生成的大量數(shù)據(jù)有助于推動(dòng)血液檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，從而在癥狀出現(xiàn)前發(fā)現(xiàn)疾病，并為疾病治療找到新的藥物靶點(diǎn)。慕尼黑赫爾穆茨研究所轉(zhuǎn)化基因組學(xué)中心主任 Eleftheria Zeggini 說：“這將是了解健康和疾病的一個(gè)極其強(qiáng)大的資源?！睋?jù)悉，這些大型制藥公司已經(jīng)為該計(jì)劃批準(zhǔn)了數(shù)千萬美元的預(yù)算投入。

第二部分：蛋白組研究的主流技術(shù)分為高分辨質(zhì)譜法和免疫法，而質(zhì)譜法的科研需求更大

一、蛋白質(zhì)檢測(cè)分為高分辨質(zhì)譜法和免疫法：質(zhì)譜法用來發(fā)現(xiàn)、免疫法用來驗(yàn)證

臨床標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)過程可分成三個(gè)階段：（無假設(shè)）發(fā)現(xiàn)階段、標(biāo)志物驗(yàn)證階段、標(biāo)志物臨床試驗(yàn)階段（見圖6）[4]。在發(fā)現(xiàn)階段往往采用基于高分辨質(zhì)譜的非靶向蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，其主要優(yōu)勢(shì)在于：無需對(duì)潛在生物標(biāo)志物的可能種類、數(shù)量、相對(duì)定量做出任何假設(shè)，這種方法將每種疾病的所有可能檢測(cè)到的生物指標(biāo)做為一個(gè)整體進(jìn)行研究，通過統(tǒng)計(jì)學(xué)方法找到表達(dá)量有明顯差異標(biāo)志物組合，在這一階段的最后，臨床專家往往會(huì)對(duì)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的數(shù)十個(gè)指標(biāo)進(jìn)行篩選，結(jié)合上這些蛋白的生理學(xué)和病理學(xué)意義，最終選出10-20個(gè)最有臨床指導(dǎo)意義的指標(biāo)進(jìn)行下一步驗(yàn)證環(huán)節(jié)。

用于驗(yàn)證候選標(biāo)志物的靶向蛋白質(zhì)組是第二階段。在發(fā)現(xiàn)階段中有差異表達(dá)的相對(duì)較少數(shù)量的蛋白質(zhì)（通常小于 20個(gè)指標(biāo)）在較大且理想情況下獨(dú)立的隊(duì)列中進(jìn)行測(cè)試。如果很難采購到相應(yīng)指標(biāo)的抗體，則往往采用質(zhì)譜的靶向定量分析，其中應(yīng)用最廣泛的是“多反應(yīng)監(jiān)測(cè)”（MRM - 有時(shí)也稱為單反應(yīng)或選擇反應(yīng)監(jiān)測(cè) - SRM）。對(duì)于每種（待驗(yàn)證）蛋白指標(biāo)，該方法會(huì)選擇一組合適的特征肽，并評(píng)估它們的洗脫和碎裂過程，來進(jìn)行MRM檢測(cè)。在分析過程中，質(zhì)譜儀被編程為在洗脫時(shí)僅連續(xù)碎裂這些特征肽。通過監(jiān)測(cè)每個(gè)肽的幾個(gè)碎片，即使使用較低分辨率的質(zhì)譜儀也可以實(shí)現(xiàn)高靈敏和特異性的定量檢測(cè)。與第一階段使用的自下而上法（bottom-up）蛋白質(zhì)組學(xué)相比，MRM 在驗(yàn)證方面的優(yōu)勢(shì)在于其更高的靈敏度和檢測(cè)通量。在這一環(huán)節(jié)，最終通過驗(yàn)證的指標(biāo)數(shù)量往往小于10個(gè)。

最后一步是在正式臨床試驗(yàn)中驗(yàn)證所選指標(biāo)的檢測(cè)精確度。考慮到現(xiàn)階段臨床應(yīng)用主要采用免疫法進(jìn)行檢測(cè)，這個(gè)階段的驗(yàn)證往往采用酶聯(lián)免疫或化學(xué)發(fā)光法來進(jìn)行。

圖6：經(jīng)典的蛋白標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)流程

基于質(zhì)譜法的蛋白質(zhì)組市場(chǎng)增速快于基于免疫法的蛋白質(zhì)組市場(chǎng)，說明發(fā)現(xiàn)端的科研需求大于驗(yàn)證端的科研需求，越來越多的科研資源向發(fā)現(xiàn)源頭傾斜。2020年，基于高分辨質(zhì)譜的國(guó)內(nèi)蛋白組科研服務(wù)市場(chǎng)規(guī)模是5.8億人民幣，至2025年，該市場(chǎng)規(guī)模約是22.6億，年化增速31%（見圖7）[5]。2020年，中國(guó)ELISA科研試劑盒的市場(chǎng)規(guī)模是5.0億元，至2025年，該市場(chǎng)規(guī)模約為12.6億元，年化增速20%（見圖8）[6]。

圖8：中國(guó)ELISA科研試劑盒市場(chǎng)規(guī)模

二、受限于抗體技術(shù)，免疫法能夠準(zhǔn)確檢測(cè)的指標(biāo)數(shù)量和檢測(cè)成本已經(jīng)達(dá)到上限

蛋白組研究主流方法是高分辨質(zhì)譜法和免疫法兩種技術(shù)路線。從裝機(jī)量來看，質(zhì)譜法依舊占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位。高分辨質(zhì)譜全球累計(jì)裝機(jī)超過2萬臺(tái)，其中中國(guó)裝機(jī)量超過3000臺(tái)，用來做蛋白組研究。以O(shè)link、Somalogic為代表的多重免疫法由于單樣本檢測(cè)指標(biāo)數(shù)量遠(yuǎn)多于傳統(tǒng)ELISA，近年得到一定程度的快速發(fā)展，但依舊不能撼動(dòng)高分辨質(zhì)譜的地位。原因有二：

1. 抗體技術(shù)經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展，抗體性能（影響定性定量準(zhǔn)確度）、抗體成本依然成為制約多重免疫法的最大瓶頸。因?yàn)槟壳暗目贵w成本下降空間有限，很難支撐大panel（比如1000+指標(biāo)/樣本）在大型隊(duì)列研究中的普及度。

2. 基于高分辨質(zhì)譜的蛋白組研究能對(duì)蛋白的上千種修飾、RNA剪切造成的大量蛋白異構(gòu)體進(jìn)行更具有特異性的定性定量分析。

目前人類蛋白質(zhì)圖譜（human protein atlas，國(guó)際蛋白理事會(huì)HUPO認(rèn)證的最權(quán)威的蛋白組科研數(shù)據(jù)庫）共收錄了過去文獻(xiàn)中從人類血漿中能夠檢出的6000種蛋白指標(biāo)，其中400多種蛋白是用傳統(tǒng)免疫（ELISA）法檢出的、4000多種是用質(zhì)譜法檢出的、Olink的PEA技術(shù)能夠檢出的指標(biāo)數(shù)量是1400多種，質(zhì)譜法檢出的種類最多（見圖9）。目前Somalogic的核酸適配體檢出的指標(biāo)暫沒納入這個(gè)數(shù)據(jù)庫（最新的數(shù)據(jù)庫是23年更新的）。

圖9：human protein atlas官網(wǎng)上關(guān)于人類血漿蛋白組的介紹

第三部分：高分辨質(zhì)譜法的難點(diǎn)是低豐度蛋白檢測(cè)和前處理標(biāo)準(zhǔn)化，青蓮百奧均有突破

血是重要的臨床樣本，對(duì)其蛋白質(zhì)組進(jìn)行深入研究在疾病診斷和療效監(jiān)測(cè)具有重要意義。然而，血漿中的一些高豐度蛋白質(zhì)占據(jù)大量的質(zhì)譜信號(hào)使得低豐度蛋白質(zhì)不容易被質(zhì)譜檢測(cè)到。目前，大部分已知蛋白標(biāo)志物是血漿中的高豐度蛋白質(zhì)，但低豐度蛋白才是潛在生物標(biāo)志物的重要來源。因此，對(duì)血漿中的低豐度蛋白進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)是開發(fā)標(biāo)志物首先要解決的問題。

圖10 血液生物標(biāo)志物豐度分布

作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的蛋白質(zhì)組學(xué)診療標(biāo)志物創(chuàng)新平臺(tái)，青蓮百奧致力于提高血漿蛋白質(zhì)組檢測(cè)深度，將自主研發(fā)的血漿低豐度富集磁珠試劑盒、全流程自動(dòng)化前處理機(jī)器人和高通量tims TOF HT質(zhì)譜儀結(jié)合，克服血漿樣本復(fù)雜性高和低豐度蛋白檢測(cè)深度低的難題，實(shí)現(xiàn)了血漿蛋白質(zhì)組7000+的檢測(cè)深度，為血漿蛋白質(zhì)標(biāo)志物開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

隨著檢測(cè)技術(shù)的成熟，針對(duì)血漿蛋白的研究日漸深入，豐富的血漿蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)與來自大型人群隊(duì)列的其他層次信息相結(jié)合，可以獲得有關(guān)疾病、衰老過程以及疾病風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)的新見解。2024年9月26日發(fā)表在Science期刊上的綜述文章對(duì)基于血液樣本的高通量蛋白質(zhì)組學(xué)的應(yīng)用方向進(jìn)行了展望[7]。其應(yīng)用方向包括診斷標(biāo)志物，疾病風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)，遺傳與健康，衰老和藥物靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)等。

第四部分：我國(guó)對(duì)臨床蛋白組研究非常重視，相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表增速很快

相關(guān)學(xué)術(shù)論文年發(fā)表量的不斷增長(zhǎng)可以直接表明科研界越來越重視血漿蛋白組的價(jià)值。在生命科學(xué)權(quán)威文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫Pubmed上搜索關(guān)鍵詞“blood proteomics（血液蛋白組）”，可以觀察到每年發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)增長(zhǎng)飛快（見圖12）：從1996年第一篇文章發(fā)表到年發(fā)表量突破1000篇用了13年（1996-2009）、從年發(fā)表1000篇至年發(fā)表2000篇用了9年（2009-2018）、從年發(fā)表2000篇至3000篇只用了6年（2018-2024），預(yù)計(jì)很快相關(guān)文章將達(dá)到年發(fā)表4000篇的水平。

圖12：Pubmed搜索“Blood Proteomics”的文獻(xiàn)發(fā)表量

我國(guó)近年也越來越重視臨床蛋白組學(xué)的研究，最直接的體現(xiàn)就是“創(chuàng)建蛋白質(zhì)組學(xué)體系”入選了2024年中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院發(fā)布的《中國(guó)21世紀(jì)重要醫(yī)學(xué)成就》（見圖13）。這一殊榮是對(duì)賀福初院士以及他所領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)中心（北京）過去20多年在蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)以及臨床應(yīng)用方面工作的極大肯定。

2022年，賀福初院士正式發(fā)起“人體蛋白質(zhì)組導(dǎo)航國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃”（簡(jiǎn)稱“π-HuB計(jì)劃”）。 “π-HuB計(jì)劃”旨在探索人體構(gòu)成原理與演變規(guī)律，揭示人體生殖、發(fā)育、衰老、膳食營(yíng)養(yǎng)、環(huán)境適應(yīng)及重大疾病等發(fā)生發(fā)展機(jī)制，打造針對(duì)人體蛋白質(zhì)組“宇宙”的導(dǎo)航系統(tǒng)，創(chuàng)制人體全生命周期的精準(zhǔn)防控診治康養(yǎng)新策略。據(jù)悉，“π-HuB計(jì)劃”于2020年成為生物醫(yī)藥領(lǐng)域的國(guó)家大科學(xué)計(jì)劃培育項(xiàng)目，同年11月在廣州啟動(dòng)培育。2022年12月，我國(guó)科學(xué)家正式向全球科學(xué)界發(fā)起合作倡議。

2025年1月，“π-HuB計(jì)劃”當(dāng)選2024年中國(guó)“十大科技新聞事件”（見圖14），足見國(guó)家對(duì)于該計(jì)劃的認(rèn)可和重視，血液蛋白組作為該計(jì)劃的重要一環(huán)，將獲得更多的資源投入，預(yù)計(jì)我國(guó)科學(xué)家和臨床專家將在該領(lǐng)域取得更多的科研突破和臨床應(yīng)用。