精准医学趋势下如何使用珍贵的临床样本从蛋白质水平进行转化医学研究？

　　

一、前言
精准医学旨在针对每位患者的个体差异来调整疾病的预防和治疗方法，实现这一目标需要实现精准诊断作为前提。人体在分子水平（蛋白质，RNA，DNA，代谢中间产物）的变化含有大量潜在的诊断信息和治疗靶标，通过组学（比如蛋白组，基因组，代谢组）的方式采集更多的分子证据，可以基于不同分子证据的综合反映来对疾病进行更加精准的判断和治疗。未来从单一生物标记物过度到多重生物标记物（即分子特征），预期可以显著提高诊断的准确性；多种靶向药物的联合治疗也会越来越常见。比如早期诊断，对疾病实现精准的早期诊断将大大的提高疾病的治愈率，提高病人的生活质量，有效降低社会医疗负担。除了早期诊断，生物标志物还可以为医生提供更多可操作的信息，比如实现基于Biomarker证据的最佳治疗方案选择（预测性生物标志物）和疾病进展监测的预后判断（预后生物标志物）。问题是临床样本中包含丰富的信息，我们如何发现这些信息并和临床疾病联系起来？如何选择有效的技术手段进行筛选？

为了更好的筛选Biomarker和治疗靶标，研究开始需要提出定义明确的临床科学问题，比如区分患病和健康人群，比如更加细致的区分疾病发生发展或治疗的某一具体阶段。

二、研究案例思路分析

在临床问题的解决上，大规模的临床样本应用筛选时必经的过程，样本量通常随着研究要求的证据充分性的要求而不断增加。下面我们以国际同行认可的发表在高分学术期刊上的2篇文章来分析如何使用珍贵的临床样本从蛋白水平进行研究思路，解析主要包含4个方面：

1. 提出的明确科学问题
2. 针对科学问题如何选择样本
3. 采用的技术手段
4. 研究结果

 
案例1（心血管病领域），影响因子18分（文献及图片来源：Circulation. 2018;137:2741–2756. DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.118.034365） 

1. 提出明确科学问题
在分子水平，动脉粥样硬化被认为是细胞内外数百种蛋白质综合作用改变细胞的生物学过程和血管局部环境而形成的病理特征。无法通过早期动脉粥样硬化的诊断来实施个体化治疗严重阻碍了冠心病的防治。为了改善早期疾病检测，在临床症状发生之前延缓或中断疾病进程，很有必要认识动脉蛋白质网络的动态变化和特征模式。全面了解动脉蛋白质网络及其在早期动脉粥样硬化中的变化，可以筛选到新的生物标志物用于疾病检测和更优的靶标用于治疗。

2. 针对科学问题如何选择样本
死亡24小时内的100对尸检样本，腹主动脉（AA）和左前降支（LAD）冠状动脉各1g组织。由病理学家对10毫米长的远端腹主动脉（AA）和5毫米长的LAD冠状动脉内膜表面进行如下动脉粥样硬化特征分级：（1）脂肪条纹（FS）; （2）纤维斑块（FPs）; （3）复杂病变; （4）钙化病变；随后进行蛋白质组学分析。

3. 采用的技术手段
Label-free蛋白质组学初步筛选鉴定

灵敏度和精度更高的DIA（Data independent acquisition也称为SWATH）进行定量验证。分别比较LAD 和 AA的 FP（纤维斑块）vs NL（正常）样本蛋白量的变化。样本数量LAD (FP n=15; NL n=30) 和 AA (FP n=9; NL n=18)

4. 研究结果
通过血管组织进行蛋白组学筛选后，将有分泌潜能的差异蛋白在血清样本中进行检测。比较了45名患有血管造影证实的冠状动脉粥样硬化（病例）的女性和41名无冠状动脉疾病体征相似年龄女性（对照组）的空腹血清蛋白水平，发现15个血清蛋白构成的panel能够很好的预测早期动脉粥样硬化，AUC=0.93，CI=95%。

后篇：

如何使用珍贵的临床样本从蛋白质水平进行转化医学研究？