中人類蛋白質組計劃：精準解密中人的健康密碼

中科學院院士賀福初有個比喻：基因組和蛋白質組的關系就像詞典與文章、元素表與化工廠?；蚪M學中微小的差異，在蛋白質組學中可以被千倍甚至近萬倍地放大。因此，要真正闡釋生命，必須從蛋白質組中尋找答案。

北京市昌平區(qū)中關村生命科學園的主入口處，棟由南北雙樓組成的銀白色建筑呈字型展開。這里是蛋白質科學中心—北京（鳳凰中心）的總部大樓，也是“中人類蛋白質組計劃”（以下簡稱CNHPP）的主要研究基地，從2014年6月至今，有關人類蛋白質組的龐大數(shù)據(jù)在這棟建筑中陸續(xù)被測量和解讀。

偶爾從門口經(jīng)過的人也許無法想象，這些數(shù)據(jù)有天會完全改變眼前的生活?；谌祟惢蚪M這部“天書”而發(fā)展起來的精準醫(yī)療，將因為人類蛋白質組信息的清晰而變得更加精細和普適。

不久前，鳳凰中心主任、北京蛋白質組研究中心主任、蛋白質組學重點實驗室副主任秦鈞在第屆生命組學與精準醫(yī)學大會上對CNHPP作了介紹，《中科學報》記者就該計劃對其進行了專訪。

只有蛋白質組才能從根本上闡釋生命

《中科學報》：人類基因組計劃完成了對人類23對染色體上全部DNA攜帶的遺傳信息的總和——30億個堿基對的測序工作，人體“天書”已完整地呈現(xiàn)在了人類面前?，F(xiàn)在對人類蛋白質組展開研究，其意義是什么？

秦鈞：科學界曾經(jīng)認為，只要繪制出人類基因組序列圖，就能了解**的根源，但事實并非如此。

基因是人類遺傳信息的載體，是生命奧秘原始、根本的物質基礎。蛋白質是基因表達的產物，是構成有機體的主要成分，是所有生命活動的載體和功能執(zhí)行者，是細胞執(zhí)行生長、發(fā)育、衰老和死亡等各種生命活動的基本單位。蛋白質與基因密切相關，但是在此基礎上又產生很多變化，造就了生物體不同的形態(tài)、形狀，或者執(zhí)行不同的功能。

個有機體只有個基因組，但是同個有機體的不同細胞中的蛋白質的組成和數(shù)量卻隨細胞種類和功能狀態(tài)的不同各有差異。比如，人體不同組織器官的基因組是樣的，但是各個組織器官的蛋白質組不完全樣。人和鼠的基因組的差別僅為1%，但是其形態(tài)、性狀差別非常大，這就是蛋白質組不樣的體現(xiàn)。

中科學院院士賀福初有個比喻：基因組和蛋白質組的關系就像詞典與文章、元素表與化工廠。確實如此，基因組學中微小的差異，在蛋白質組學中可以被千倍甚至近萬倍地放大。因此，要真正闡釋生命，必須從蛋白質組中尋找答案。

《中科學報》：在CNHPP開展之前，中科學已經(jīng)主導執(zhí)行過“人類肝臟蛋白質組計劃”（HLPP）。和HLPP相比，CNHPP對研究方法和技術提出哪些新的要求？

秦鈞：與前期的HLPP相比，無論從研究思路、技術方法，還是平臺和團隊，CNHPP都有較大的改進和完善，研究范圍也顯著擴大。特別是對數(shù)據(jù)質量、數(shù)據(jù)產出的速度等要求也越來越。比如，蛋白質組的分析速度、精度以及在定量、可視化等方面要求不斷提升。在CNHPP中，我們將對象擴展到心臟、肝臟、胃、肺臟、腎臟等****，獲得的實驗數(shù)據(jù)不僅可以在器官內比較，更可以在器官間分析，獲得**的認識。

樣本檢測效率可提升6倍

《中科學報》：為了繪制人類蛋白質組的精細圖譜，CNHPP都將展開哪些研究？

秦鈞：主要開展的研究包括：建立樣本采集方法標準、樣本預處理和生物質譜分析策略；進行含有定量信息的正常組織和**、**旁組織蛋白質表達譜、磷酸化譜、轉錄因子譜構建；建立臨床蛋白質組大數(shù)據(jù)平臺；通過數(shù)據(jù)分析、知識挖掘，發(fā)現(xiàn)若干**人群特征性信號通路變化的線索以及它們和病人手術后存活的關系。

這其中包含了很多難題。先需要攻克的是蛋白質分離鑒定的速度、樣本通量，除此之外，還有微量或痕量蛋白質的分析、蛋白質組大數(shù)據(jù)構建和多維度組學對接、蛋白質組數(shù)據(jù)的深入分析和知識挖掘的方法策略等。

《中科學報》：CNHPP從2014年6月啟動，迄今取得了哪些進展？

秦鈞：主要包括五個方面的進展。

先，建立了樣本采集方法標準，并推廣至全體項目團隊，各臨床團隊已完成100組以上的樣本，包括正常組織、**組織、**旁組織的收集。第，建立了樣本預處理和生物質譜分析策略，包括表達譜、磷酸化譜、轉錄因子譜方法標準。第三，建立了種新蛋白質組分析策略，可在接近和達到樣本蛋白表達數(shù)量的水平上，將檢測時間縮短至傳統(tǒng)蛋白質組技術的1/7左右。該分析策略已作為本項目的技術規(guī)范應用在所有樣本的檢測分析中。第四，通過測定和分析個體的蛋白質組數(shù)據(jù)，進行含有定量信息的正常組織和**、**旁組織蛋白質表達譜、磷酸化譜、轉錄因子譜構建。后，通過初步數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)若干**人群特征性信號通路變化的線索。

蛋白質是終解決精準醫(yī)學問題的出路

《中科學報》：你剛才提到了對蛋白質組數(shù)據(jù)的分析，其實將所得到的海量數(shù)據(jù)轉換成有意義的海量信息才是研究的主要目的，現(xiàn)有的信息分析技術能夠達到這目標嗎？

秦鈞：我們通過聯(lián)合相關生物學、臨床學以及生物分析學分析海量實驗數(shù)據(jù)，是通過各種生物信息學分析方法，努力從數(shù)據(jù)中挖掘有用的信息；是依靠生物學、臨床學，從生物學問題，臨床問題、臨床需求等方面研讀數(shù)據(jù)。

現(xiàn)有的生物信息技術還不能完全按照我們的要求和期望分析蛋白組學數(shù)據(jù)。從規(guī)模和深度來看，CNHPP產生的數(shù)據(jù)對當前生物信息學是個挑戰(zhàn)。因此，我們還在不斷開發(fā)和整合新的生物信息技術，希望構建個整合、快速、功能強大、完善的生物信息分析平臺，以滿足不斷產生的海量數(shù)據(jù)的分析，這其實也是CNHPP的個主要發(fā)展方向。

《中科學報》：CNHPP的科學價值如何切實造福人類？

秦鈞：從現(xiàn)階段看，至少在以下幾個方面可造福人類。

是通過對重大**發(fā)**展過程中的重要調控通路和重要調控蛋白質進行研究，揭示重大**的發(fā)**展機制，同時獲得批重要**診斷標志物、**靶標，從而提重大**的防診治水平。比如，通過篩選更多更具有診斷和判別意義的生物標志物，提重大**的早期診斷能力或者為**早期預警、健康體檢監(jiān)測等重要依據(jù)，通過對**發(fā)**展密切相關的蛋白質及其信號通路等的研究，為精準醫(yī)療判別依據(jù)和相應的手段。是可以通過新的診斷試劑、****以及相關科學儀器、診療設備等多種產品的市場化推動生物醫(yī)藥經(jīng)濟的發(fā)展。

《中科學報》：CNHPP如何促進精準醫(yī)療的發(fā)展？

秦鈞：我要特別強調CNHPP對目前正在籌劃、即將啟動的中精準醫(yī)療計劃的啟示。美的精準醫(yī)療計劃沒有包含蛋白組學的內容，是個很大的缺陷。中的精準醫(yī)療計劃在蛋白組學上有考慮和布局，是個顯著的進步。

蛋白質終會是精準醫(yī)學的出路?，F(xiàn)在蛋白組學剛剛起步，相當于基因組學10~15年前的水平，但其發(fā)展勢頭已展現(xiàn)出蓬勃生機。中的蛋白組學起步早，進步快，在的蛋白質組學域占有席陣地。近建成、投入試運行的蛋白質組學大科學設施——鳳凰中心已在CNHPP的實施中發(fā)揮了作用。其強大的蛋白質組解析能力，正在發(fā)展的蛋白質組生物信息學技術和方法，統(tǒng)的樣本準備流程，均的質量控制方法和與臨床醫(yī)生的緊密合作、無縫連接，已對CNHPP質量數(shù)據(jù)的產出和分析了堅實的基礎和保障。

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