蛋白質修飾組分析產業(yè)發(fā)展前景預測與投資戰(zhàn)略規(guī)劃

蛋白質修飾組分析產業(yè)發(fā)展前景預測與投資戰(zhàn)略規(guī)劃基于質譜的蛋白質組學的應用和前景（一）基于質譜的蛋白質組學蛋白質組學在21世紀取得了重要進展，包括質譜和X射線晶體學等成像方面新技術的出現(xiàn)，以及免疫檢定試劑方面的生物化學方法創(chuàng)新，使得可以分離特定的蛋白進行進一步的研究。近些年高分辨率質譜（MassSpectrometry，MS）迅速發(fā)展，成為了蛋白質組學領域的核心技術。此外，質譜法是基于蛋白質和肽段科學分析進行生物標記物的發(fā)現(xiàn)的黃金標準。質譜儀是指一系列在行業(yè)中用于分子、化學和材料分析的儀器。質譜的檢測使用基于同一個檢測原理的一系列儀器：即通過讀取離子的質量電荷比來識別物質。這些質譜儀在設計、IP和功能上在不同細分市場上有很大的不同。質譜分析是一種測量離子質荷比（質量-電荷比，m/z）的分析方法，其基本原理是使樣品中各組分在離子源中發(fā)生電離，生成不同荷質比的帶電荷的離子，經(jīng)加速電場的作用，形成離子束，進入質量分析器。在質量分析器中，再利用電場和磁場使發(fā)生相反的速度色散，將它們分別聚焦而得到質譜圖，從而確定其質量。（二）基于質譜的蛋白組學的應用蛋白質是生理功能的執(zhí)行者，蛋白質組學分析能夠反映生命體在生理或病理情況下的變化。蛋白質組學的發(fā)展對體外診斷、篩選藥物靶點、微生物、農業(yè)等各個方面有重要的意義。1、蛋白質組學在醫(yī)學中的應用精準醫(yī)療是通過基因組、蛋白質組等前沿技術，精確尋找疾病的原因和治療的靶點，并對一種疾病的不同狀態(tài)和過程進行精準診斷，最終實現(xiàn)對于特定疾病和特定患者進行個性化精準治療的目的，提高疾病診治與預防的效益。蛋白質組學在疾病生物標志物的篩查、疾病的診斷、靶點的識別、藥物的選擇等方面能夠發(fā)揮重要的作用。2、蛋白質組學在微生物中的應用通過對同一致病菌不同菌株的蛋白質研究可以對菌株進行分類，蛋白質組的研究結果可以對基因組的研究結果起補充和修正作用。在整體水平上比較病原菌和非致病菌的蛋白質組分析，以及在各種環(huán)境下致病菌蛋白質組的變化，可以研究致病菌株的毒力因子。蛋白質組與免疫雜交的方法結合研究宿主對病原菌的體液免疫和細胞免疫應答。通過細菌蛋白質組與宿主多克隆血清的雜交反應，發(fā)現(xiàn)新的抗原決定因子，可以應用于疫苗開發(fā)和診斷分析。對抗性菌株和敏感菌株進行蛋白質組分析，找到差異蛋白可以對細菌的耐藥機制進行研究，為新藥研究提供線索。分析對抗菌藥物有不同反應的細菌的蛋白質組來尋找新的抗菌藥物，篩選新的靶點。3、蛋白質組學在農業(yè)上的應用蛋白質組學在作物生長發(fā)育、藥用植物研究、遺傳育種、逆境脅迫、病蟲害防治、獸醫(yī)疾病診斷和治療等方向發(fā)揮作用。植物蛋白質組學的研究有助于了解非生物脅迫的傷害機制、植物對非生物環(huán)境的適應機制、生物之間的相互作用機制、植物激素的調節(jié)作用等。例如，利用農作物發(fā)育過程中各器官、組織的變化狀態(tài)，可以進行農作物新物種的培育；經(jīng)常處于惡劣環(huán)境的作物可以在環(huán)境脅迫下產生相應的抗體蛋白，利用蛋白質組學發(fā)現(xiàn)這些特定環(huán)境下的抗體蛋白，可以提高作物的抗逆性；作物生長過程中會與一些微生物相互作用，作物自身會產生某些特殊的蛋白應對，蛋白質組學的研究可以發(fā)現(xiàn)這些蛋白，幫助獲得對抗病能力更強的品種。蛋白質組學的市場空間在21世紀，基因組學經(jīng)歷了一場革命，使其從一個剛剛起步的研究領域經(jīng)歷了工業(yè)化的過程，成為了臨床生物學重要方面。這不僅使得人類對生物學有了更深更新的了解，也提供了包括液體活檢診斷，CAR-T細胞治療，甚至是mRNA疫苗的一系列新的臨床治療及診斷方法。蛋白質組學目前的研究活動的成長與基因組學早期的發(fā)展軌跡相似?；蚪M學花費了大概十年的時間實現(xiàn)了產業(yè)化。盡管蛋白質組學技術起步的時間比基因組學更早，但蛋白質組學相對更大的復雜性導致其與基因組學相比需要更先進的技術。今天，蛋白質組學的重要研究瓶頸正在被不斷突破，讓科學家們看到了其在研究、轉化和臨床意義上達到與基因組學相當?shù)乃降那熬?。?001年第一個人類基因組的組裝以來，基因組學已經(jīng)成為生物醫(yī)學的一個工業(yè)化部分，純基因組學公司的總市值達到2400億美元，Illumina是其中最大的公司。隨著時間的推移，蛋白質組學在研究和臨床中應用的商業(yè)機會將與基因組學的可用市場總量（TAM）規(guī)模趨于一致，目前全球可用市場總量（TAM）已經(jīng)達到500億美元。并且有理由相信，由于蛋白質組學動態(tài)、變化的性質將使得其超過基因組學而轉化為更加具有經(jīng)常性、重復性的臨床應用。質譜是最能促進蛋白質組學工業(yè)化的技術，但其工作流程的標準化，尤其是樣品制備階段的標準化，仍然存在著挑戰(zhàn)。綜上所述，隨著硬件、生物化學和計算方面的創(chuàng)新匯聚在一起，揭開人類蛋白質組的神秘面紗，揭示關鍵的致病機制和針對疾病的生物標志物，蛋白質組學將在未來幾年里看到資金和研究活動的巨大增長。隨著蛋白質組學技術和方法的標準化，蛋白質組學將變得工業(yè)化，類似于過去十年的下一代基因測序。隨著蛋白質組學從研究領域到臨床領域的成熟，相鄰的可用市場總量（TAM）擴展機會將確保這一空間未來十多年的持續(xù)增長動力。蛋白質組學的應用（一）蛋白質組學在基礎生命科學中的應用近年來，隨著技術手段的快速發(fā)展，蛋白質組學已經(jīng)從簡單的蛋白質定性鑒定拓展到涵蓋蛋白質定量表達分析、蛋白質翻譯后修飾鑒定和定量、蛋白質互作分析、蛋白質復合物成分解析、空間蛋白質組分析、單細胞蛋白質組分析等多個領域。特別是新型蛋白質翻譯后修飾領域近年來已取得眾多突破性進展，通過高精度質譜分析，研究人員在組蛋白中鑒定出十余種新型的蛋白質翻譯后修飾。真核生物的DNA分子在細胞核內圍繞著組蛋白形成核小體，而組蛋白上發(fā)生蛋白質翻譯后修飾改變了局部區(qū)域的電荷屬性和空間位阻，影響了DNA和組蛋白纏繞的緊密程度，從而影響基因的表達調控。因此新型蛋白質翻譯后修飾的發(fā)現(xiàn)極大豐富了基因表達調控的機制，即在不改變DNA序列的前提條件下影響基因表達，對生物過程進行調控，甚至影響個體的表型。蛋白質組學在后基因組學時代的另一突破應用是形成了與基因組學互為補充的一門新興學科，蛋白質基因組學。蛋白質基因組學利用基因組和轉錄組測序數(shù)據(jù)生成個性化的蛋白質序列數(shù)據(jù)庫來鑒定包含突變位點的肽段。反之，蛋白質組學數(shù)據(jù)為基因組信息提供了功能背景，并完善了轉錄組的信息模型。深度挖掘蛋白質基因組學數(shù)據(jù)可以幫助研究人員深入理解疾病的發(fā)生、發(fā)展機理；基因突變對于下游表達產物蛋白質的影響；對疾病在分子水平進行分型，指導臨床診斷和治療；鑒定腫瘤特異性新抗原，為開發(fā)腫瘤免疫新療法提供基礎。（二）蛋白質組學在工業(yè)領域中的主要應用蛋白質是生命活動的主要承擔者，也是疾病發(fā)生發(fā)展過程中主要的生物標志物。蛋白質組學集成了高通量和高精準度的特性，在生物學、醫(yī)學、藥學等相關產業(yè)領域逐漸得到廣泛的應用，精準醫(yī)療是指以個人遺傳信息、臨床信息和人群隊列信息為基礎，應用現(xiàn)代遺傳技術、分子影像技術、生物信息技術，結合患者的生活環(huán)境和生活方式，實現(xiàn)疾病的精準分類和診斷，并制定具有個性化的疾病預防和治療方案。自2015年，精準醫(yī)療已被確立為我國的國家級發(fā)展戰(zhàn)略。蛋白質組學結合自身高靈敏度、高通量、高效等特點，在精準醫(yī)療中具有廣闊的應用前景，致力于在研發(fā)、診斷、治療和預后的全周期價值鏈中發(fā)揮效用。蛋白質組學市場發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢隨著蛋白質組學技術的進一步開放和應用，圍繞著蛋白質組學的產業(yè)鏈也逐漸明晰。蛋白質組學技術不僅可以被應用于基礎科學研究，更在藥物開發(fā)、臨床醫(yī)學、轉化醫(yī)學等研究中具有很大的應用潛能。得益于質譜技術、蛋白質分離技術、生物化學技術和計算機技術的快速發(fā)展，蛋白質組學市場已經(jīng)形成了涵蓋上游質譜儀器和蛋白質組學試劑供應商、中游蛋白質組學技術服務公司和下游蛋白質組學終端客戶的完整產業(yè)鏈條。蛋白質組學產業(yè)鏈的上游主要包括賽默飛、布魯克等質譜儀供應商和賽默飛、CST等試劑供應商，為產業(yè)開展蛋白質組學活動提供基礎試劑和分析儀器。中游為蛋白質組學技術服務供應商，包括景杰生物、華大基因、中科新生命、諾禾致源等。下游為技術服務的終端用戶，包括高校、科研院所、醫(yī)院以及生物醫(yī)藥企業(yè)等，通過采購蛋白質組學技術服務進一步從事科學研究、疾病研究以及藥物研發(fā)等活動。當前處于產業(yè)鏈中游的蛋白質組學技術服務企業(yè)大多具有成立時間短、發(fā)展速度快、市場估值高等特點。這些企業(yè)依靠自己的創(chuàng)新技術占領了相應的市場生態(tài)地位，整個產業(yè)鏈中游仍處于快速發(fā)展時期。在蛋白質組學行業(yè)，歐美企業(yè)布局早，經(jīng)過多年發(fā)展成熟后逐漸得到資本市場認可，已有包括Seer（Nasdaq:SEER）、Olink（Nasdaq:OLK）、Nautilius（Nasdaq:NAUT）、Quantum-Si（Nasdaq:QSI）以及Somalogic（Nasdaq:SLGC）在內的多家生物科技公司從2020年開始陸續(xù)通過IPO或SPAC等方式登陸納斯達克市場上市交易。與之相比，國內企業(yè)起步較晚，目前形成了以景杰生物、中科新生命等為代表專注于蛋白質組學的企業(yè)，以及以諾禾致源、華大基因等為代表的主營業(yè)務為基因組學業(yè)務同時提供蛋白質組學業(yè)務的大型成熟企業(yè)。蛋白質組學產業(yè)的下游客戶主要包括以下三類：①基礎研究客戶，包括高校和科研院所的研究人員?？蛻敉ㄟ^研究不同狀態(tài)下各類生物樣本中的蛋白質組以及蛋白質翻譯后修飾的組成及其變化，從而在蛋白質組水平發(fā)現(xiàn)并解釋生物學的某一機理及對應的表型變化。②基礎醫(yī)學與轉化醫(yī)學的醫(yī)院客戶，其中基礎醫(yī)學的客戶包括醫(yī)學研究機構與大型醫(yī)院的基礎醫(yī)學研究工作者，他們通過對各種臨床樣本的蛋白質組與蛋白質修飾組分析，揭示某一疾病的生理、病理過程，分析導致某種生理現(xiàn)象或病理狀態(tài)的機制；轉化醫(yī)學客戶包括臨床醫(yī)師和轉化醫(yī)學研究人員，客戶通過分析某種疾病的臨床樣本中蛋白質組表達譜和修飾譜的變化，尋找異常表達蛋白或異常的蛋白質修飾作為潛在藥物靶點，以及進行后續(xù)藥物開發(fā)；也可根據(jù)異常表達蛋白或異常的蛋白質修飾作為潛在的生物標志物，對患者進行精準分子分型和合理用藥指導。③新藥開發(fā)的工業(yè)客戶，包括大型藥企和生物醫(yī)藥企業(yè)?？蛻艨梢赃x擇多種蛋白質組學技術，用于新藥開發(fā)的臨床前研究，確定新藥的作用機制；或在藥物的臨床試驗階段（尤其是Ⅱ、Ⅲ期臨床試驗）尋找并鑒定藥物的敏感標志物，加速藥物開發(fā)的速度，提高成功率。蛋白質組學技術服務行業(yè)發(fā)展情況現(xiàn)代生命科學研究的早期，研究人員多從組織水平、細胞水平研究生命現(xiàn)象和生物過程。這些研究多是基于觀察而描述生物學現(xiàn)象和過程，對生命現(xiàn)象的本質涉及較少。直到上世紀五十年代DNA雙螺旋結構被發(fā)現(xiàn)，這一里程碑式的研究成果標志著生命科學研究正式邁進分子生物學時代。分子生物學是研究核酸、蛋白質等生物大分子的形態(tài)、功能、結構特征及其重要性、規(guī)律性的學科，是人類從分子水平揭開生命的奧秘，從被動適應自然界轉向主動改造自然界的基礎學科。作為分子生物學最重要的奠基性成果之一，中心法則揭示了以DNA序列為模板，歷經(jīng)轉錄、翻譯最終實現(xiàn)蛋白質表達的全過程。過程中，含有特定遺傳信息的一段DNA序列是分子生物學研究的主要對象。在現(xiàn)代疾病研究領域，分子生物學最突出的成就是揭示某些疾病與特定基因的異常表達及基因突變密切相關，奠定了疾病的分子生物學基礎。早期的分子生物學研究往往聚焦于單個基因或蛋白質分子。隨著研究的深入，人們逐漸認識到生命體是一個復雜的網(wǎng)絡系統(tǒng)，僅研究單個生物大分子無法了解生命過程和疾病的發(fā)生機理，而只有系統(tǒng)性研究生物大分子才能更深入理解生命現(xiàn)象。因此，組學的概念應運而生，即對生物體某一類大分子進行集體表征和定量研究，探究系統(tǒng)層面上生命的奧秘。1986年提出的基因組學主要研究基因組的結構、功能、進化、表達特征以及對生物體的影響。隨著基因測序技術的發(fā)展和人類基因組的解碼，基因組學在過去二十年間積累了大量數(shù)據(jù)，推動了生命科學深入發(fā)展，并在疾病機理研究、疾病診斷、藥物開發(fā)等方面催生了精準醫(yī)學的概念和產業(yè)化發(fā)展。經(jīng)過美國英國法國德國日本和中國科學家的共同協(xié)作，1990年正式啟動的人類基因組計劃于2005年宣告完成，其宗旨在于測定組成人類染色體（指單倍體）中所包含的30億個堿基對組成的核苷酸序列，從而繪制人類基因組圖譜，并且辨識其載有的基因及其序列，達到破譯人類遺傳信息的最終目的。雖然基因組測序工作的完成使得人類對自身基因的理解到達新的高度，但是基因僅僅決定了生物具有某個性狀的潛能，而生命體最終的性狀是由環(huán)境和蛋白質的相互作用而體現(xiàn)。緊隨人類基因組計劃的完成，科學家又進一步提出了后基因組計劃，即基因功能研究，而蛋白質組學研究是后基因組計劃中的一個重要組成部分。以二代基因測序為代表的分子生物學技術已鑒定多達數(shù)億個人類遺傳變異，上述信息雖然有助于科學界加深對生命過程、疾病病理的理解，但是上述遺傳變異中的絕大部分并未在蛋白質層次上獲得功能上的確認。因此，絕大多數(shù)的遺傳信息和表型之間仍缺乏聯(lián)系的橋梁，而這正是蛋白質組學所研究的領域。為解決上述問題，研究人員需要獲得海量的蛋白質組數(shù)據(jù)，并對上述蛋白質組數(shù)據(jù)進行深入挖掘和驗證，只有這樣才能充分了解遺傳變異和表型之間的關系，理解其生物學的意義。盡管蛋白質在生命過程中扮演了極為重要的角色，然而相比基因組的研究成熟度而言，蛋白質組目前的研究還不夠深入，仍處于早期發(fā)展階段。蛋白質組的概念于1994年被正式提出，指生物體或生物樣本中所有基因表達的蛋白質及其存在方式。蛋白質組學是一門致力于研究生物體在特定條件、特定時間、特定空間內全部蛋白質的種類、表達、相互作用、修飾狀態(tài)的學科。在生命科學大發(fā)展的背景下，蛋白質組學的發(fā)展離不開樣本分離技術和蛋白質檢測技術的快速提升。在1994年，澳大利亞科學家MarcWilkins便提出了蛋白質組這一概念。在2001年，國際人類蛋白質組組織正式宣告成立，進一步推動蛋白質組學研究領域的發(fā)展。然而在蛋白質組學概念提出后的初期階段，受到研究手段以及硬件性能的限制，研究發(fā)展十分緩慢。隨著軟電離質譜技術以及高分辨率高通量質譜技術的誕生和運用，高通量蛋白質組學研究開始具備必要條件。因其檢測具有高靈敏度、高分辨率和高通量的優(yōu)點，質譜技術得到迅速發(fā)展并成為蛋白質組學領域的核心技術，推動了人類蛋白質組計劃的實施。近年來多個人類蛋白質組圖譜相繼發(fā)表，加深了人類對蛋白質組學的理解。新型蛋白質翻譯后修飾類型的發(fā)現(xiàn)和確認目前只能依賴于基于生物質譜的蛋白質組分析方法。隨著蛋白質翻譯后修飾的大規(guī)模發(fā)現(xiàn)和檢測分析技術的進一步發(fā)展，在組學水平納入對蛋白質翻譯后修飾的分析逐漸成為趨勢。對于多種修飾類型的研究有助于加深對病理、藥理的理解，為生物醫(yī)藥企業(yè)進行藥物篩選和藥效評估打下了良好基礎。蛋白質質譜分析是將樣品中蛋白質進行離子化后，通過測定蛋白質的分子離子及碎片的質量數(shù)，確定樣品的相對分子質量的方法。目標蛋白質分子經(jīng)過不同電離方式帶電后，樣品分子失去電子或被打碎，變?yōu)閹д姾傻姆肿与x子和碎片離子，按照質量（m）和電荷（z）的比值大?。促|荷比大?。┮来闻帕胁⒈挥涗浵聛?，由此生成的譜圖被稱為質譜圖。基于質譜圖，研究者可以獲得樣本中蛋白質的組成、含量變化以及蛋白質序列等信息。作為分析蛋白質的核心儀器，蛋白質質譜儀的基本組成結構是相似的，都包括進樣系統(tǒng)、離子源、質量分析器、檢測器和真空系統(tǒng)，其中離子源、質量分析器和檢測器是核心部分。通過將液相色譜和蛋白質質譜儀的進樣系統(tǒng)進行串聯(lián)，可以降低分析樣本中蛋白質的復雜程度，極大提高蛋白質質譜儀的性能，使得混合物的蛋白質組分析成為可能，是目前進行蛋白質組學研究的主要方法。進樣系統(tǒng)的作用是把處于常壓狀態(tài)的樣品傳輸?shù)教幱谡婵諣顟B(tài)的離子源處，按照不同的樣品導入方法可以分為直接進樣法和間接進樣法。蛋白質質譜分析普遍采用液相色譜-質譜聯(lián)用分析技術，將色譜柱分離的組分導入質譜，可以使混合物的直接質譜分析成為可能，極大地拓寬了質譜儀的使用范圍。液相色譜是一種針對成分復雜的混合物而開發(fā)的有效分離方法。利用不同物質的物理化學特性差異，選擇合適的分離介質，將高度復雜的混合物分離成為若干個成分相對簡單的組分，從而實現(xiàn)混合物中各物質的分離。以蛋白質組分析為例，待分析樣本中通常可以提取到上萬種總蛋白，經(jīng)過酶的消化處理后得到小分子肽段種類超過數(shù)十萬，需要先經(jīng)過液相色譜被分離為數(shù)百個組分，大大降低了樣本的復雜程度，隨后依次進入質譜儀進行分析。減少在單一時間點進入質譜的肽段數(shù)目，盡量避免共洗脫肽段對質譜解析的不利影響，從而實現(xiàn)在一個時間段內持續(xù)分析樣本中的肽段，充分發(fā)揮質譜的分析能力，提高蛋白質的鑒定深度和數(shù)據(jù)可靠性。離子源的主要功能是為樣本離子化提供能量，通過物理化學方法使待檢測物電離后形成具有不同質荷比的離子束。在質譜儀發(fā)展的早期階段，離子源多采用高能量電子轟擊而使樣本帶電，這種離子化方法因而被稱之為硬電離。硬電離產生的帶電離子往往具有較高的能量而不穩(wěn)定，會進一步斷裂并產生眾多碎片，很容易破壞有機分子中的共價鍵，因此不太適合用于蛋白質分析。ESI（電噴霧電離）以及MALDI（基質輔助激光脫附電離）等軟電離方法的發(fā)明問世使質譜技術應用于生物大分子的高通量質譜分析成為可能，促進了質譜技術在生物學和臨床醫(yī)學研究中的應用和推廣。許多科學家因為開發(fā)新型離子源而獲得了諾貝爾獎，例如發(fā)明MALDI的島津公司田中耕一和發(fā)明ESI的JohnB．Fenn共同獲得2002年諾貝爾化學獎。①ESI的工作原理：含有待分析物質的溶液進入電噴霧探頭，通過高電壓、高熱的毛細管，隨著溶劑蒸發(fā)，液滴不斷霧化而最后生成帶電離子。ESI離子源可以和液相色譜連用，適合同時鑒定數(shù)千蛋白質。②MALDI的工作原理：將樣品和顯著吸收特定光譜的基質分子混合，經(jīng)過脈沖激光束照射后，樣品分子從樣品板上脫附而電離。MALDI離子源不適合分析蛋白混合物，但是適合較純的樣本，可以實現(xiàn)快速分析。生物樣品中蛋白質分子經(jīng)離子源電離后進入質譜儀，并經(jīng)電場加速后，形成高速離子束，進入質量分析器。質量分析器依照帶電離子的質荷比而對其分離并記錄各種離子的質量數(shù)和豐度，用于后續(xù)定性與定量分析。質量分析器有兩個主要的技術參數(shù)：質量范圍和分辨率。質量范圍決定了能檢測到的離子的范圍；分辨率決定了質譜儀獲得數(shù)據(jù)的精密度和對譜圖有效解析的能力。目前蛋白質組學主流在蛋白質組分析時，多將上述質量分析器進行串聯(lián)以發(fā)揮其各自的優(yōu)點，從而達到協(xié)同增效的作用，主要包括以下兩類：①四極桿-軌道阱聯(lián)用質譜儀，以賽默飛的Orbitrap系列質譜儀為代表，常見型號包括OrbitrapID-X?Tribrid?質譜儀、OrbitrapExploris?480質譜儀以及OrbitrapEclipse?Tribrid?質譜儀等。②四極桿-飛行時間聯(lián)用質譜儀，以布魯克的tims-TOF系列質譜儀為代表，常見型號包括tims-TOFPro2質譜儀、tims-TOFHT質譜儀等。經(jīng)由質量分析器篩選后的目標離子最終到達檢測器，檢測器的作用是將得到的目標離子轉化為電子，再將電子數(shù)量通過多個電極呈指數(shù)倍數(shù)放大，并將相關信息進行記錄。質譜儀檢測器的種類很多，不同類型的質量分析器會配備不同的檢測器，常用的包括電子倍增器、光電倍增器、微通道板檢測器等。所有的質譜儀都需要一臺計算機來配合使用：一是用于儀器的控制，二是作為數(shù)據(jù)的接收、存儲和處理，將質荷比信息通過數(shù)據(jù)分析最終轉化為對應蛋白質種類、含量變化等信息。1、蛋白質組學的研究方法目前蛋白質組學的研究方法主要分為兩類：以親和試劑為基礎的高通量蛋白檢測和以質譜為核心的蛋白質組分析。以親和試劑為基礎的高通量蛋白質檢測主要依靠抗體、核酸適配體等親和試劑對目標蛋白質進行檢測和定量。在此基礎上行業(yè)發(fā)展出反向蛋白質陣列（RPPA）、臨近延伸分析（PEA）、適配體掃描等蛋白質組檢測技術。上述蛋白質組檢測技術方法的核心要素依賴于親和試劑的種類以及質量，親和試劑的質量體現(xiàn)為對目標蛋白質識別的特異性和親和力。由于目前親和試劑的種類數(shù)量有限，以親和試劑為基礎的高通量蛋白質檢測屬于靶向式分析，即可分析的蛋白質范圍受限于市場上可供選擇的親和試劑，無法檢測到范圍之外的蛋白質分子。以生物質譜為核心的蛋白質組分析兼具靶向式分析和發(fā)現(xiàn)式分析的能力，因此被廣泛的應用到各類蛋白質組學研究中。蛋白質的分析、鑒定建立在這樣一個基本事實上：大多數(shù)含有6個氨基酸以上蛋白質多肽序列是唯一的。因此對于較長肽段的鑒定，可以通過肽段序列來匹配蛋白序列數(shù)據(jù)庫從而確定該肽段所對應的蛋白質。常見的蛋白質組學的分析流程：①蛋白質提取：從生物樣本中提取、純化蛋白質，去除DNA、碳水化合物、脂類等生物大分子對質譜鑒定的干擾；②蛋白質酶解：利用特定的酶，將蛋白質大分子降解為分子量較小的肽段，利于后續(xù)質譜分析；③液相色譜分離肽段：生物樣本中蛋白質經(jīng)酶切后，生成種類眾多的小分子肽段，通過液相色譜技術將其分離為眾多組分，降低樣本的復雜程度，有利于后續(xù)的質譜分析；④質譜分析：液相色譜分離出的肽段，進入離子源后，成為帶電的肽段離子，質量分析器記錄其檢測范圍中的帶電肽段離子的質荷比（分子量/所帶電荷數(shù)）及其信號強度的信息（一級譜MS1）。隨后通常選擇信號強度較高的肽段進行裂解，質譜儀記錄肽段裂解后碎片的質荷比和信號強度的信息（二級譜MS/MS）；⑤數(shù)據(jù)分析：通過專業(yè)的質譜軟件分析一級譜以及二級譜的信息，和數(shù)據(jù)庫中的理論肽段庫信息進行比對，從而獲取肽段的序列以及含量信息。此外可以對不同樣本中蛋白質含量變化進行分析，根據(jù)蛋白質含量的數(shù)據(jù)變化，進一步研究不同樣本中相似蛋白質的表達模式以及異常生物過程等。2、蛋白質組學的數(shù)據(jù)分析方法根據(jù)數(shù)據(jù)采集方式的不同，可以將蛋白質組學的分析方法進一步細分為數(shù)據(jù)依賴性分析（DDA）、靶向蛋白質組分析（PRM）和非數(shù)據(jù)依賴性分析（DIA）。依托上述蛋白質組分析方法將產生豐富的原始質譜數(shù)據(jù)。生物信息學的核心任務是基于原始質譜數(shù)據(jù)進行蛋白質或蛋白質翻譯后修飾的定性定量分析，找出其中能夠解釋生物現(xiàn)象或關聯(lián)臨床表型的關鍵分子信息。依據(jù)所分析項目的不同需求，可分為標準化生物信息分析與個性化數(shù)據(jù)挖掘等不同分析方法。標準化的生物學信息分析可以對隊列樣本所鑒定的蛋白質表達信號進行差異化分析和不同層次的功能富集分析，包括顯著差異表達蛋白質集合在某些功能組和通路上的富集信息。隨著分子生物學以及計算機科學的快速交叉發(fā)展，標準化分析流程也可拓展至分子分型、蛋白質互作網(wǎng)絡、疾病表型關聯(lián)、修飾位點分析等細分算法。對于更加復雜的多組學數(shù)據(jù)或臨床大隊列項目，生物信息學分析可以根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘的需要進行個性化建模，包括宏蛋白質組分析、糖基化蛋白質組分析與磷酸激酶分析、對蛋白質基因組學數(shù)據(jù)的一致性聚類分析（即分析出在不同的基因突變的情況下蛋白質組的差異表達）、基于藥物臨床試驗數(shù)據(jù)的生存分析（即篩選可以區(qū)分不同生存或疾病發(fā)展曲線的關鍵蛋白標志物）等。更進一步，隨著組學數(shù)據(jù)的不斷積累與人工智能領域的快速發(fā)展，以機器學習（包含深度學習）為代表的先進算法也在蛋白質組學數(shù)據(jù)分析中逐漸發(fā)揮出其應用優(yōu)勢。例如基于高通量高質量質譜譜圖及肽段的氨基酸序列數(shù)據(jù)訓練的神經(jīng)網(wǎng)絡，通過對提取的圖譜的定性定量特征進行預測，可以提高搜索數(shù)據(jù)庫的靈敏度和準確度。另外，依托人工智能中各類機器學習方法對多組學數(shù)據(jù)（基因、轉錄、蛋白、代謝及醫(yī)學影像數(shù)據(jù)等）及對應表型數(shù)據(jù)（如生存期、藥效、疾病狀態(tài)等）的充分訓練、驗證與測試，針對多層次的信息或分子可以有效提取和篩選，最終將更有效率和準確地區(qū)分實驗組與對照組或不同的子型人群，并鑒定其中關鍵生物標志物集合以實現(xiàn)精準醫(yī)學的各項應用需求。（二）蛋白質組學的應用1、蛋白質組學在基礎生命科學中的應用近年來，隨著技術手段的快速發(fā)展，蛋白質組學已經(jīng)從簡單的蛋白質定性鑒定拓展到涵蓋蛋白質定量表達分析、蛋白質翻譯后修飾鑒定和定量、蛋白質互作分析、蛋白質復合物成分解析、空間蛋白質組分析、單細胞蛋白質組分析等多個領域。特別是新型蛋白質翻譯后修飾領域近年來已取得眾多突破性進展，通過高精度質譜分析，研究人員在組蛋白中鑒定出十余種新型的蛋白質翻譯后修飾。真核生物的DNA分子在細胞核內圍繞著組蛋白形成核小體，而組蛋白上發(fā)生蛋白質翻譯后修飾改變了局部區(qū)域的電荷屬性和空間位阻，影響了DNA和組蛋白纏繞的緊密程度，從而影響基因的表達調控。因此新型蛋白質翻譯后修飾的發(fā)現(xiàn)極大豐富了基因表達調控的機制，即在不改變DNA序列的前提條件下影響基因表達，對生物過程進行調控，甚至影響個體的表型。蛋白質組學在后基因組學時代的另一突破應用是形成了與基因組學互為補充的一門新興學科，蛋白質基因組學。蛋白質基因組學利用基因組和轉錄組測序數(shù)據(jù)生成個性化的蛋白質序列數(shù)據(jù)庫來鑒定包含突變位點的肽段。反之，蛋白質組學數(shù)據(jù)為基因組信息提供了功能背景，并完善了轉錄組的信息模型。深度挖掘蛋白質基因組學數(shù)據(jù)可以幫助研究人員深入理解疾病的發(fā)生、發(fā)展機理；基因突變對于下游表達產物蛋白質的影響；對疾病在分子水平進行分型，指導臨床診斷和治療；鑒定腫瘤特異性新抗原，為開發(fā)腫瘤免疫新療法提供基礎。2、蛋白質組學在工業(yè)領域中的主要應用蛋白質是生命活動的主要承擔者，也是疾病發(fā)生發(fā)展過程中主要的生物標志物。蛋白質組學集成了高通量和高精準度的特性，在生物學、醫(yī)學、藥學等相關產業(yè)領域逐漸得到廣泛的應用。3、蛋白質組學在精準醫(yī)療的主要應用精準醫(yī)療是指以個人遺傳信息、臨床信息和人群隊列信息為基礎，應用現(xiàn)代遺傳技術、分子影像技術、生物信息技術，結合患者的生活環(huán)境和生活方式，實現(xiàn)疾病的精準分類和診斷，并制定具有個性化的疾病預防和治療方案。自2015年，精準醫(yī)療已被確立為我國的國家級發(fā)展戰(zhàn)略。蛋白質組學結合自身高靈敏度、高通量、高效等特點，在精準醫(yī)療中具有廣闊的應用前景，致力于在研發(fā)、診斷、治療和預后的全周期價值鏈中發(fā)揮效用。蛋白質組學未來發(fā)展趨勢后基因組學時代的生命科學研究的聚焦方向之一是研究基因功能和基因表達調控機制。以CRISPR技術為代表的基因編輯技術已日趨成熟，通過對接受基因編輯的個體的蛋白質組進行系統(tǒng)分析，研究人員可以更深層次闡明該基因表達產物對個體的影響。蛋白質組分析發(fā)現(xiàn)的新型組蛋白修飾，使得研究人員得以研究和闡釋從細胞代謝到基因表達調控的新機制，成為表觀遺傳學未來研究重點。未來聚焦方向之二是探索人體免疫系統(tǒng)。近年來人們逐漸意識到自身的免疫系統(tǒng)對于治療癌癥等復雜疾病的巨大潛力，也成功研發(fā)了包括PD-1抗體、CAR-T細胞療法等以激活自身免疫系統(tǒng)為基礎的創(chuàng)新療法。然而免疫系統(tǒng)仍然有很多未知領域亟待探索，其中以探究不同免疫細胞亞型的功能最為關鍵。蛋白質組學可以對從血液或組織中分離富集的不同的免疫細胞亞型進行分析，找到在各種免疫細胞中被特異激活的信號通路，為后續(xù)確定其功能提供數(shù)據(jù)支持。未來聚焦方向之三是研究人體穩(wěn)態(tài)和與人體共生的微生物組。越來越多的研究證據(jù)表明，腸道中的微生物群不僅提供了人體必需的維生素，也參與維持人體穩(wěn)態(tài)和免疫系統(tǒng)以及影響病人對特定藥物的敏感度。由于腸道微生物菌群包含數(shù)量龐大的各類細菌，蛋白質組學中的分支宏蛋白質組學可以通過混合樣本中的蛋白信息進行種屬溯源，從而獲得每個種屬細菌中蛋白表達量的具體信息。研究人員通過比較不同個體或者相同個體不同生理狀態(tài)下的宏蛋白質組，從而