基于質(zhì)譜的尿液蛋白質(zhì)組學(xué)最新進(jìn)展：非侵入性生物標(biāo)志物研究的突破
2025-3-6 18:57:57點(diǎn)擊：
概述
近年來，基于質(zhì)譜（Mass Spectrometry, MS）的尿液蛋白質(zhì)組學(xué)研究取得了顯著進(jìn)展。尿液因其非侵入性采集和成分復(fù)雜低的特點(diǎn)，成為疾病生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)的理想樣本。本文總結(jié)了近十年尿液蛋白質(zhì)組學(xué)在技術(shù)方法、疾病研究及臨床應(yīng)用中的核心進(jìn)展。
尿液蛋白質(zhì)組學(xué)的優(yōu)勢
- 非侵入性：無需創(chuàng)傷性采樣，適用于大規(guī)模篩查和長期監(jiān)測。
- 成分簡單：相比血清/血漿，尿液蛋白質(zhì)組復(fù)雜度低，更易檢測低豐度蛋白。
- 動(dòng)態(tài)監(jiān)測：可通過不同時(shí)間點(diǎn)（晨尿、隨機(jī)尿、24小時(shí)尿）采集，反映生理或病理變化。
- 多器官來源：尿液中蛋白質(zhì)不僅來自泌尿系統(tǒng)，還源于全身器官（如肝臟、腎臟），為遠(yuǎn)隔器官疾病研究提供窗口。
圖1. 尿液蛋白質(zhì)組學(xué)工作流程
關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展
1. 質(zhì)譜分析技術(shù)
| 技術(shù) | 優(yōu)勢 | 局限 |
|---|---|---|
| MALDI-TOF-MS | 高通量、快速分析 | 需結(jié)晶樣本，靈敏度較低 |
| CE-MS | 低成本、高分辨率 | 樣本量小，不適合高分子量蛋白 |
| LC-MS/MS | 高靈敏度和準(zhǔn)確性，支持深度覆蓋（1000-3000種蛋白） | 耗時(shí)、需復(fù)雜前處理 |
2. 數(shù)據(jù)采集模式
- 靶向質(zhì)譜（MRM/PRM）：精準(zhǔn)定量特定蛋白（如膀胱癌標(biāo)志物ADAM28）。
- 數(shù)據(jù)非依賴性采集（DIA）：全蛋白質(zhì)組覆蓋，適用于未知標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)。
圖2. 近10年尿蛋白組學(xué)研究時(shí)間表
疾病研究的突破性應(yīng)用
1. 膀胱癌
- 標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)：α1-抗胰蛋白酶（A1AT）、ADAM28等蛋白顯著上調(diào)，可作為診斷或預(yù)后標(biāo)志。
- 外泌體分析：尿液外泌體的蛋白質(zhì)譜與腫瘤進(jìn)展相關(guān)，如EGFR信號(hào)通路蛋白。
- 案例：Carvalho等人通過LC-MS/MS監(jiān)測病程，發(fā)現(xiàn)了復(fù)發(fā)預(yù)測標(biāo)志物組合。
2. 糖尿病腎病
- 機(jī)制研究：溶酶體蛋白異常提示腎臟炎癥，血管細(xì)胞黏附分子（VCAM-1）水平與疾病進(jìn)展相關(guān)。
- 標(biāo)志物驗(yàn)證：CKD273分類器可預(yù)測2型糖尿病患者的腎病風(fēng)險(xiǎn)。
3. 其他疾病
- COVID-19：尿液病毒相關(guān)蛋白檢測輔助無癥狀感染者篩查。
- 神經(jīng)系統(tǒng)疾病：尿液中特定肽段（如神經(jīng)肽片段）與阿爾茨海默癥相關(guān)。
尿液糖蛋白與肽組學(xué)研究
糖蛋白組的分析
- 技術(shù)：通過親水作用色譜（HILIC）富集糖肽，結(jié)合PNGase F去糖基化確認(rèn)糖基化位點(diǎn)。
- 應(yīng)用：前列腺癌中糖基化PSA的診斷價(jià)值；肝癌患者尿液外泌體糖基化譜的定量分析。
肽組學(xué)的進(jìn)展
- 內(nèi)源性肽：肽段片段可反映疾病特異性酶切活動(dòng)（如腎癌中膠原降解肽的積累）。
- 技術(shù)挑戰(zhàn)：需結(jié)合CE-MS、LC-MS等多平臺(tái)提升檢測覆蓋率和靈敏度。
挑戰(zhàn)與展望
主要挑戰(zhàn)
- 樣本標(biāo)準(zhǔn)化：個(gè)體差異、采集時(shí)間、蛋白/肌酐比值歸一化方法需統(tǒng)一。
- 技術(shù)限制：低豐度蛋白檢測靈敏度不足；糖肽與磷酸化肽的高通量分析困難。
- 臨床轉(zhuǎn)化：標(biāo)志物驗(yàn)證需大規(guī)模隊(duì)列，且需簡化實(shí)驗(yàn)步驟以適配臨床檢測。
未來方向
- 多組學(xué)整合：聯(lián)合基因組、代謝組數(shù)據(jù)提升標(biāo)志物特異性。
- AI驅(qū)動(dòng)分析：機(jī)器學(xué)習(xí)加速標(biāo)志物挖掘與分類模型構(gòu)建。
- 即時(shí)檢測（POCT）：開發(fā)便攜式質(zhì)譜或微流控芯片實(shí)現(xiàn)床邊檢測。
結(jié)論
尿液蛋白質(zhì)組學(xué)為非侵入性診斷和精準(zhǔn)醫(yī)療提供了獨(dú)特工具。隨著質(zhì)譜技術(shù)和數(shù)據(jù)分析的進(jìn)步，其在癌癥、代謝性疾病及罕見病中的應(yīng)用將更加廣泛。標(biāo)準(zhǔn)化流程的建立與跨學(xué)科合作將是推動(dòng)臨床轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵。應(yīng)用于蛋白組學(xué)的磁珠請(qǐng)參考http://m.5000js.com/Product/MSpretreatment/proteomics/
圖片來源及參考文獻(xiàn)
- Joshi, N. et al. Clin Proteom 21, 14 (2024). 原文鏈接
- 文中示意圖基于參考文獻(xiàn)內(nèi)容繪制，技術(shù)對(duì)比表格為原創(chuàng)整理。
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