回顧2017年，基于質譜的臨床研究有一項突破性發(fā)現。普渡大學陶緯國教授團隊在2017年3月20日的《美國國家科學院院刊》(PNAS)雜志上發(fā)表文章稱，他們從人體血液中發(fā)現2400多種磷酸化蛋白。該發(fā)現首次證明了磷酸化蛋白可以作為基于液體活檢的疾病標志物，能用于對癌癥等重大疾病更早、更精準的非侵入性診斷，為 “液體活檢”提供了全新的檢測維度。近日，儀器信息網專訪了陶緯國。

普渡大學 陶緯國教授

　　磷酸化蛋白突破性發(fā)現

　　通過液體活檢來診斷腫瘤和癌癥等疾病一直是臨床科學家關注的焦點，研究對象多集中在循環(huán)腫瘤細胞(CTC)和循環(huán)腫瘤DNA(ctDNA)，但是二者都有局限性：由于CTC在血清中的濃度非常低，取少量血液對其檢測難度很大;癌癥有很多基因突變，而這些突變不一定會顯現出來，因此基于ctDNA進行的液體活檢的診斷結果只能預測患病的概率，并不能確診。

　　蛋白質磷酸化是調節(jié)和控制蛋白質活力和功能的最基本，最普遍，也是最重要的機制，同時，與許多疾病的發(fā)生密切相關。在眾多腫瘤致病機理中，當前學術界對蛋白質磷酸化機理的研究最為清楚，80%-90%的癌癥都跟蛋白質磷酸化有關。因此，許多抗腫瘤藥物的研制都著眼于磷酸化蛋白。理論上，磷酸化蛋白作為相關基因突變的表達，在臨床上能夠幫助醫(yī)生做出更明確的診斷。但是，有關基于液體活檢的磷酸化蛋白研究還很少。此前，有個別報道在血液中發(fā)現幾十種磷酸化蛋白，均是高豐度蛋白，生物學意義不大?！霸蚓褪橇姿峄鞍滓坏募毎M入血液中就被肝臟分泌的磷酸酶水解了?！碧站晣忉屨f，“所以雖然磷酸化蛋白跟癌癥關系非常密切，但人們無法對其進行檢測。”

　　陶緯國團隊是如何從人體血液中檢測到大量磷酸化蛋白的呢?這要從三年前的一篇文獻報道說起，當時陶緯國從這篇文章中了解到外泌體和微囊的結構，“當我看到類似于納米微粒的外泌體、微囊結構時，我認為可能會有磷酸化蛋白被包裹在外泌體中，然后進入血液。如果真是這樣，被外泌體包裹的磷酸化蛋白可能會避免被血液中的磷酸酶水解?！庇谑翘站晣鴪F隊對血液中的外泌體、微囊進行了超速離心分離、提取，然后用質譜進行檢測。一周以后，實驗結果讓所有人都驚呆了，他們從中發(fā)現了幾千個磷酸化蛋白。這個突破性的發(fā)現使得臨床科學家們今后可以在1毫升血漿里找到幾千個磷酸化的位點，并從中篩選出不同疾病的生物標志物。之后，陶緯國團隊對乳腺癌病人血清中的磷酸化蛋白做了研究，發(fā)現乳腺癌病人體內的磷酸化蛋白與其病癥密切相關。

　　那么，磷酸化蛋白液體活檢何時能夠應用臨床呢?陶緯國回答說：“雖然現在還不好斷言，但我認為3-5年內都有可能。”他進一步解釋，隨著質譜技術的顯著提升，一些原來檢測不到的生物標志物現在能夠檢測了，后面的工作主要是考察重復性有多好，假陽性有多低。

　　談及未來的工作，陶緯國表示，一方面會繼續(xù)做乳腺癌的磷酸化蛋白生物標志物確認的工作;另一方面也會做其他疾病磷酸化蛋白生物標志物找篩的工作，“還有很多其它疾病，比如阿爾茨海默病、帕金森綜合征等，也都是蛋白磷酸化有關?！?p>　　質譜用于生物大分子檢測的思考

　　陶緯國教授做蛋白組學研究至今已有十幾年，用到的研究工具主要是質譜。在攻讀博士期間，陶緯國師從普渡大學著名質譜專家Graham Cooks教授。博士畢業(yè)后，陶緯國加入了西雅圖系統(tǒng)生物研究所，在Leroy Hood教授(自動DNA測序儀發(fā)明人)和Ruedi Aebersold教授(著名蛋白質組學專家)課題組繼續(xù)博士后研究。從那時起，陶緯國就開始了他的磷酸化蛋白質組學檢測的研究，“重回普渡教書以后，我的工作基本上是圍繞著怎么去提高磷酸化蛋白分析手段來開展的。質譜在我的工作扮演著中心角色，包括方法開發(fā)，蛋白生物標志物早篩，全靠質譜來做?！笔紫仁窃绾Y，用質譜(Orbitrap)篩選出相關的生物標志物(磷酸化蛋白);然后對病人的樣本進行檢測，用統(tǒng)計學的方法對檢測結果進行分類;最后，分析統(tǒng)計學上有意義的、跟病人相關的磷酸化蛋白。

　　在過去二三十年里，質譜在生物大分子檢測方面有幾個重要的技術突破。首先，80年代末90年代初， ESI和MALDI的出現，使質譜能夠用于分析生物樣品;第二，近十幾年來，高分辨質譜的飛躍發(fā)展，大大提升生物大分子的分析效率。“我讀博士后時(2002年)，很多儀器還是低分辨的，生物樣品還是挺難做的，做完一個磷酸化的蛋白，單是數據庫檢索就要三天，而且，相對來說，得到的數據假陽性高?，F在的高分辨質譜解譜很容易，差不多半個小時就夠了，假陽性也降低很多?！贝送?，陶緯國還說到，“UPLC與質譜的結合在技術上是很大的進步，使色譜的分離效率趕上了質譜的速度，現在一個小時能檢測到幾千個蛋白，非常快?！?p>　　同時，陶緯國也指出了目前利用質譜來檢測生物大分子的難點。第一，生物樣品基體復雜?！跋裎覀儗嶒炇易隽姿峄鞍?，它本身豐度就很低，假如樣本不經過任何分離的話，譜圖上將會只能看到高豐度蛋白?！钡诙?，質譜檢測假陽性比較高?！捌鋵嵾€是需要統(tǒng)計學算法方面的開發(fā)，來解決假陽性率高的問題，這也是現在很多質譜開發(fā)者在做的工作。”

　　現如今質譜產品更新迭代非?？?，對于質譜工作者來說，是好，也是壞。“新產品的確掃描速度更快了，精度更高。但是，也給質譜工作者帶來了不小的壓力。特別是像我們這種使用高分辨大儀器的，沒有那么多錢換來換去?？墒侨绻阆胍o跟前沿，這些新儀器又十分必要?！碧站晣f，這是目前質譜工作者普遍面臨的兩難境地。

　　整合臨床大數據

　　2017年，陶緯國作為海外高層次人才被東南大學引進回國。談及回國的初衷，陶緯國表示，國內擁有更多、更豐富的病人樣本，這是他選擇回國的原因之一。此外，國內對于高分辨質譜等大型儀器的投入力度也更大，有助于前沿研究的開展。談到選擇東南大學的原因，陶緯國說到：“東南大學的生物醫(yī)學工程學院有轉化醫(yī)學，有生物，然后又有工程，包括產業(yè)化，比較適合我。”

　　現在國內，整合醫(yī)學大數據來服務大健康的概念很熱，“在全國，包括南京，都已經有相關工作在開展”。從臨床檢測這個角度來說，陶緯國希望找到辦法來整合DNA檢測，microRNA檢測，磷酸化蛋白檢測幾個維度的數據，從而獲得更為精準的臨床診斷結果。“比如檢測一個腫瘤，通過對DNA、mRNA、磷酸化蛋白、糖基檢測多維度數據的不斷積累，數據會越來越多，結合人工智能、計算機算法，檢測結果會越來越精準。 我回來能趕上這個機會也是不容易?！碧站晣缡钦f到。

　　目前，醫(yī)學大數據的采集方式主要為第二代、第三代測序?！暗牵|譜也是很重要的一塊兒。”陶緯國指出，“比如乳腺癌，基因突變僅僅代表一種患病的可能性，但是到底有沒有癌癥還是要通過蛋白檢測來確定，所以用質譜來檢測蛋白的存在、活性、功能，比基因層面更可靠。所以，質譜檢測肯定會慢慢跟上來?！?p>　　陶緯國在東南大學生物醫(yī)學工程學院的新實驗室是電子生物國家重點實驗室。對于自己的工作重心，陶緯國表示，現在是過渡時期，未來會逐步將重心轉至國內?！皣鴥葘嶒炇覄倓傞_始，看起來前途光明。”

　　熱衷學界公益事務 出任CASMS主席

　　作為質譜生物大分子檢測方面的專家，陶緯國于2017年6月份當選北美華人質譜學會(CASMS)主席。該學會匯聚了眾多頂尖的華人質譜學者，已經成為質譜學界重要的華人力量。在一年一度的“美國質譜年會(ASMS)”期間舉行“北美華人質譜學術會議”已經成為CASMS的傳統(tǒng)。據陶緯國介紹，CASMS已有二三十年的歷史，目前注冊人數在800人左右，覆蓋了北美地區(qū)絕大部分優(yōu)秀的華人質譜學者。ASMS每年參會人數6000-7000人，相當一部分是華人，中國面孔越來越多?！霸诿绹泻芏嗳A人學者做了非常出色的工作，但他們并沒有獲得相匹配的影響力和威望?！? 陶緯國說，“我們學會的宗旨就是提升華人質譜學者在世界質譜領域的影響力。當然， 中國本身的國際地位的重要性是顯而易見的。”

　　CASMS的另一個宗旨是促進世界華人質譜界的互相交流。每兩年召開一次的“世界華人質譜學術研討會”是全世界華人的質譜盛會，匯聚了中國內地、臺灣、香港、新加坡和北美地區(qū)的質譜學者，CASMS是該會議4個主辦方之一。2016年，CASMS主辦了第六屆“世界華人質譜學術研討會”，這是該會議首次在美國召開，恰逢該會議召開十周年。“我認為非常有意義，促進了兩岸三地華人質譜學者的交流合作。我的親身體會是通過這個會議結識了很多優(yōu)秀學者，而在此前很多同仁相互間是不認識的?！?p>　　未來，除了重要的線下會議組織工作，陶緯國希望通過加強線上日常交流，來使學會內部聯系更為緊密。

　　后記：臨床質譜技術被認為是醫(yī)學診斷的下一個“基因測序”，應用前景被普遍看好。質譜用于臨床檢驗具有靈敏度高、特異性高、重現性好的優(yōu)點，可在臨床多個領域對傳統(tǒng)診斷方法學進行替代。陶緯國教授團隊的磷酸化蛋白研究進一步提升了臨床質譜應用的含金量?；谠撗芯浚R床科學家們將會找到更多可靠的疾病標志物，從而實現癌癥等重大疾病的早期發(fā)現和精準診斷。

采訪編輯：李博