蛋白質組學：照亮基因組外的星空(kōng)，解碼生(shēng)命系統的建構原理(lǐ)
發布時(shí)間(jiān)：
2021-09-15
賀福初院士率先提出人(rén)類蛋白質組計(jì)劃的科學目标與技(jì)術(shù)路線，倡導并領銜了人(rén)類第一個(gè)關于組織、器(qì)官的蛋白質組計(jì)劃，揭示了人(rén)體(tǐ)首個(gè)器(qì)官（肝髒）蛋白質組。2014年，賀福初院士領導啓動“中國人(rén)蛋白質組計(jì)劃”（CNHPP）。此次獲獎是國際蛋白質組學領域對他率先提出并反複實踐的“蛋白質組學驅動的精準醫(yī)學”這一理(lǐ)念與範式的高(gāo)度認可(kě)，标志(zhì)着我國蛋白質組學研究再度領跑國際。
近日，國際人(rén)類蛋白質組組織公布了2020年度權威獎勵獲獎名單，中國科學院院士、軍事科學院軍事醫(yī)學研究院研究員賀福初榮獲蛋白質組學傑出成就獎。
賀福初院士率先提出人(rén)類蛋白質組計(jì)劃的科學目标與技(jì)術(shù)路線，倡導并領銜了人(rén)類第一個(gè)關于組織、器(qì)官的蛋白質組計(jì)劃，揭示了人(rén)體(tǐ)首個(gè)器(qì)官（肝髒）蛋白質組。2014年，賀福初院士領導啓動“中國人(rén)蛋白質組計(jì)劃”（CNHPP）。此次獲獎是國際蛋白質組學領域對他率先提出并反複實踐的“蛋白質組學驅動的精準醫(yī)學”這一理(lǐ)念與範式的高(gāo)度認可(kě)，标志(zhì)着我國蛋白質組學研究再度領跑國際。
那(nà)麽，什麽是蛋白質組學？蛋白質組學驅動的精準醫(yī)學又是什麽？我國當前研究進展如何？就這些(xiē)問題，科技(jì)日報記者采訪了賀福初院士。
解密基因組需要系統認識蛋白質組
蛋白質組，是指一個(gè)基因組、一個(gè)細胞或組織、一種生(shēng)物體(tǐ)所表達的全部蛋白質。蛋白質組研究，是在整體(tǐ)水(shuǐ)平上(shàng)研究細胞、組織乃至整個(gè)生(shēng)命體(tǐ)內(nèi)蛋白質組成及其活動規律的科學，由此從蛋白質水(shuǐ)平上(shàng)獲得(de)關于疾病發生(shēng)、細胞代謝等過程整體(tǐ)而全面的認識。
賀福初表示：“說到蛋白質組，就不得(de)不提到基因組。基因組和(hé)蛋白質組的關系，好比‘詞典與文章’‘元素表與化工廠’的關系。随着人(rén)類等生(shēng)物體(tǐ)全基因組序列的測序完成，科學家(jiā)逐步意識到基因組隻是書(shū)寫了遺傳密碼的‘天書(shū)’，僅從基因序列的角度根本無法完整、系統地闡明(míng)生(shēng)物體(tǐ)的功能。”
“很(hěn)多(duō)生(shēng)命現象之謎，不能直接從基因序列中得(de)到解答(dá)。蛋白質是生(shēng)命活動的主要執行(xíng)者，想要解密基因組，必須先系統認識蛋白質組。”賀福初介紹，正因如此，國際權威期刊《自然》《科學》在2001年2月公布人(rén)類基因組草圖的同時(shí)，分别發表相關述評與展望，認為(wèi)蛋白質組學将成為(wèi)新世紀最大(dà)戰略資源——人(rén)類基因研究争奪戰的戰略制(zhì)高(gāo)點之一。當月，人(rén)類蛋白質組組織（HUPO）即宣告成立。次年，“人(rén)類蛋白質組計(jì)劃”（HPP）宣布啓動。
“人(rén)類蛋白質組計(jì)劃”是繼人(rén)類基因組計(jì)劃（HGP）之後最大(dà)規模的國際性科技(jì)工程，也是21世紀第一個(gè)重大(dà)國際合作(zuò)計(jì)劃。
“由于蛋白質組的研究對象遠比基因組要複雜得(de)多(duō)，需要從國家(jiā)戰略層面統籌規劃，整合全國相關領域科研之力，配合專項資金和(hé)資源才能夠推動。所以在提出之初，國際上(shàng)僅有(yǒu)少(shǎo)數(shù)發達國家(jiā)的幾個(gè)尖端實驗室開(kāi)展相應的研究。”賀福初說。
1998年初，國家(jiā)自然科學基金委設立了“蛋白質組及其動态變化研究”重大(dà)項目。這是我國政府支持的第一個(gè)蛋白質組學研究項目，為(wèi)後續實施系列蛋白質組學國家(jiā)級項目并走向國際前列奠定了重要基礎。
打造人(rén)類蛋白質組計(jì)劃的“中國模式”
經過幾年的探索與實踐，我國率先提出“人(rén)類肝髒蛋白質組計(jì)劃”（HLPP），并提出建立蛋白質組“兩譜、兩圖、三庫”的戰略目标，即建立肝髒蛋白質組表達譜、修飾譜、連鎖圖、定位圖、樣本庫、數(shù)據庫和(hé)抗體(tǐ)庫。2002年，國際學界啓動“人(rén)類肝髒蛋白質組計(jì)劃”，并于凡爾賽召開(kāi)的第一屆HUPO大(dà)會(huì)上(shàng)正式討(tǎo)論通(tōng)過。
2003年10月，由我國領銜、先後11個(gè)國家(jiā)參與的“人(rén)類肝髒蛋白質組計(jì)劃”全面啓動實施。該計(jì)劃是國際“人(rén)類蛋白質組計(jì)劃”中第一個(gè)人(rén)體(tǐ)組織器(qì)官的蛋白質組計(jì)劃，是中國科學家(jiā)倡導和(hé)領銜的第一個(gè)國際大(dà)型合作(zuò)計(jì)劃。
“從HLPP的提出、論證再到研究工作(zuò)的展開(kāi)，曆時(shí)十餘年之久。這是‘大(dà)科學計(jì)劃’的一次意義非凡的中國實踐。”賀福初說。
記者了解到，在實施HLPP過程中，中國科學家(jiā)先後研究了中國人(rén)胚胎肝組織和(hé)中國成人(rén)肝髒組織的蛋白質組，鑒定蛋白質超過10000種，并利用這些(xiē)數(shù)據對肝髒生(shēng)理(lǐ)功能進行(xíng)了系統解讀。
通(tōng)過前期積累，我國在蛋白質組表達譜分析的技(jì)術(shù)能力上(shàng)，達到國際先進水(shuǐ)平。2007年，蛋白質組學國家(jiā)重點實驗室成立。在2009年的國際蛋白質組标準物質評估中，該重點實驗室的技(jì)術(shù)能力位居全球前6。2018年11月，蛋白質科學研究（北京）國家(jiā)重大(dà)科技(jì)基礎設施順利通(tōng)過國家(jiā)驗收。
“有(yǒu)了這些(xiē)積累，國家(jiā)科技(jì)部首次整合973計(jì)劃、863計(jì)劃、國際合作(zuò)計(jì)劃，曆經數(shù)年論證，由蛋白質組學國家(jiā)重點實驗室牽頭，于2014年正式啓動‘中國人(rén)蛋白質組計(jì)劃’。”賀福初介紹，2018年項目結題時(shí)，已完成構建早期肝細胞癌及癌旁組織、彌漫型胃癌及癌旁組織、腸型胃癌及癌旁、肺腺癌及癌旁等疾病組織的深度覆蓋蛋白質表達譜，數(shù)據量達到52.7TB（萬億字節），在高(gāo)置信度水(shuǐ)平上(shàng)，定量鑒定人(rén)類表達蛋白質15553種，并獲得(de)疾病組織信号網絡調控蛋白表達變化規律，實現潛在分子标志(zhì)物和(hé)候選靶标的深入發掘。
“在此基礎上(shàng)，CNHPP構建了系列正常器(qì)官、組織、細胞的蛋白質組定量參考譜。它們相當于人(rén)體(tǐ)組織器(qì)官體(tǐ)液蛋白質的‘北鬥全球定位系統’。”賀福初說。
全面分析多(duō)種人(rén)體(tǐ)腫瘤蛋白質組
“‘精準’二字是醫(yī)學界追求的目标，即通(tōng)過病因的精準診斷，制(zhì)定相應的精準治療方案和(hé)預防策略。”賀福初指出。
随着“人(rén)類基因組計(jì)劃”的完成、基因組測序技(jì)術(shù)的不斷提升以及生(shēng)物信息學與大(dà)數(shù)據科學的快速發展，催生(shēng)了基因組學驅動的精準醫(yī)學，其中最具代表性的就是2006年由美國主導的“癌症基因組圖譜計(jì)劃”。但(dàn)其仍有(yǒu)不少(shǎo)局限性。為(wèi)此，美國在此基礎上(shàng)于2011年啓動臨床蛋白質組腫瘤分析項目，旨在用不同種類癌症蛋白質組注釋其基因組全景圖，創建了蛋白質組學依附于基因組學的蛋白質組—基因組學。
“但(dàn)這種蛋白質組學研究始終未能擺脫基因組學的先天不足。”賀福初告訴記者，“而我們的CNHPP計(jì)劃另辟蹊徑，對多(duō)種人(rén)體(tǐ)腫瘤進行(xíng)了全面深入的蛋白質組分析。2018年，我們發表了彌漫型胃癌的蛋白質組全景圖，建立了首個(gè)與預後相關的蛋白質組分子分型；2019年，我們率先在《自然》公布了早期肝細胞癌的蛋白質組分子分型并發現新的治療靶标，開(kāi)啓了蛋白質組驅動的精準醫(yī)學新時(shí)代；2020年，我們又在《細胞》相繼發表了非小(xiǎo)細胞肺癌的蛋白質組分子分型研究，再次證明(míng)了蛋白質組學在精準醫(yī)學中的獨特性和(hé)至關重要性，為(wèi)我國持續引領國際蛋白質組學研究創造了良好的條件。”
記者了解到，蛋白質組驅動的精準醫(yī)學是由我國科學家(jiā)首創的精準醫(yī)療新模式，是一項國際多(duō)中心、多(duō)學科協作(zuò)的大(dà)科學項目，其實施的規模和(hé)複雜程度均遠超HGP，對科技(jì)、經濟、社會(huì)發展的推動作(zuò)用也難以估量。
賀福初說：“如果說抗生(shēng)素的發明(míng)引發了第一代醫(yī)學治療技(jì)術(shù)革命，影(yǐng)像學和(hé)分子醫(yī)學的發展引發了第二代醫(yī)學診斷技(jì)術(shù)革命，那(nà)麽，由蛋白質組學驅動的精準醫(yī)學，勢必帶來(lái)精确診斷與精準治療統一的第三代醫(yī)學革命。”
“下一步，‘中國人(rén)蛋白質組計(jì)劃’團隊将在國際範圍部署建立蛋白質組驅動的精準醫(yī)學技(jì)術(shù)體(tǐ)系和(hé)行(xíng)業标準，進一步提升對重大(dà)、疑難疾病的‘精準定位’和(hé)‘精确打擊’能力。”賀福初透露。
相關新聞
