血漿蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)大比拼

血漿是含有多種分子，包括蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)、小分子代謝物和電解質(zhì)。這些分子中的許多對于維持體內(nèi)的各種生理過程是bi不可少的，它們濃度的變化可以預(yù)示或引發(fā)潛在的健康問題，這使得血漿成為發(fā)現(xiàn)生物標(biāo)志物或疾病治療靶點(diǎn)的寶貴資源。其中蛋白質(zhì)在生物過程和疾病機(jī)制中發(fā)揮著重要作用，蛋白質(zhì)經(jīng)常成為健康和疾病狀態(tài)的關(guān)鍵指標(biāo)，分析血漿蛋白水平以及遺傳和表型信息可以創(chuàng)建一個全面的圖像，增強(qiáng)我們對健康狀況的理解。

血漿作為診斷樣本的優(yōu)勢

● 容易收集

● 采集成本低廉

● 微創(chuàng)，患者對該方法的耐受性良好

血漿蛋白質(zhì)組作為生物標(biāo)志物來源的缺點(diǎn)

● 血液中存在高豐度蛋白：血漿中排名qian20的蛋白占據(jù)了全部蛋白含量的99%左右，其中排名di一的血清白蛋白 (HSA)，約占據(jù)了全部蛋白含量的50%。

●血液蛋白質(zhì)含量的數(shù)量級跨度更大： 動態(tài)范圍跨越10個數(shù)量級

血漿蛋白質(zhì)組學(xué)檢測技術(shù)

目前，主要有兩種方法用于分析血漿蛋白：基于親和力的技術(shù)和基于質(zhì)譜（MS）的方法?；谟H和力的平臺這主要包括SomaLogic、Olink以及抗體芯片，分別使用結(jié)合探針、適配體或抗體來檢測蛋白質(zhì)。相比之下，質(zhì)譜方法受高豐度蛋白質(zhì)的影響較大。為了應(yīng)對動態(tài)范圍的挑戰(zhàn)，樣本的預(yù)處理可以采用去除高豐度蛋白質(zhì)、通過微球或納米顆粒進(jìn)行蛋白質(zhì)富集等。

實驗設(shè)計

該實驗采用包含78例的志愿者的隊列，男女比例為1:1，其中包括40個老年人（55-65歲）和38個年輕人（18-22歲）。血漿樣品通過血漿置換法收集，并使用7個蛋白質(zhì)組學(xué)平臺進(jìn)行分析，如圖1所示。為了清楚起見，我們將把Olink Explore 3072和Olink Explore HT分別稱為Olink 3K和Olink 5K。同樣，MS-based工作流程將被指定為MS-Nanoparticle (Seer Proteograph™XT), MS-HAP Depletion （Biognosys TrueDiscovery™平臺使用高豐度蛋白質(zhì)耗盡）和MS-IS Targeted （SureQuant™內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)觸發(fā)-平行反應(yīng)監(jiān)測）。SomaLogic 11K包括11083項分析，其中10776項人類蛋白質(zhì)分析針對9852種獨(dú)特蛋白質(zhì)，對應(yīng)9645種不同的UniProt id。SomaLogic 7K包括7,596項分析，其中7,288項人類蛋白質(zhì)分析針對6,467種獨(dú)特蛋白質(zhì)，對應(yīng)6,401種不同的UniProt id。Olink 5K和3K檢測分別針對5,416和2,925種獨(dú)特的人類蛋白。

各項指標(biāo)對比結(jié)果

●鑒定量

所有七項檢測中，共鑒定出13007個血漿蛋白質(zhì)， SomaScan 11K和SomaScan 7K平臺分別檢測到9645個和6401個蛋白質(zhì)。MS-Nanoparticle 5,943個，MS-HAP Depletion 3,575個，MS-IS Targeted 551個，分別定量68,527,42,581和766個肽段。與Olink和MS平臺相比，SomaLogic平臺貢獻(xiàn)了最多的特異性蛋白，其中SomaScan 11K鑒定了3,610種專屬蛋白，SomaScan 7K鑒定了1,957種專屬蛋白。MS-Nanoparticle平臺貢獻(xiàn)了1036個專屬蛋白。

●變異系數(shù)（CV）

SomaScan 11K和7K的中位數(shù)cv分別為5.3%和5.8%，這表明在最新版本的SomaScan中增加了3000多種檢測并沒有影響平臺的出色精度。相比之下，Olink 5K的中位CV是Olink 3K的兩倍多，分別為26.8%和11.4%。對于基于質(zhì)譜的平臺（非靶向），cv高于SomaScan 11K， SomaScan 7K和Olink 3K， MS-Nanoparticle的中位cv為26.4%，MS-HAP Depletion的中位cv為29.8%。與發(fā)現(xiàn)的質(zhì)譜平臺相比，MS-Targeted的中位CV為8.3%。

在不同的蛋白質(zhì)組學(xué)方法中，技術(shù)CV和生物CV之間的差距差異很大。對于兩種SomaScan平臺，Olink 3K和MS-Targeted，技術(shù)變異對生物變異幾乎沒有干擾，而對于兩種MS發(fā)現(xiàn)方法和Olink 5K，技術(shù)變異占觀察到的總變異的比例要大得多。

●定量準(zhǔn)確性

對于基于親和探針的平臺SomaScan和Olink，通過將混合血漿樣品稀釋3倍和9倍，并檢查測量的蛋白質(zhì)信號的線性度，進(jìn)行了簡單的線性度評估。97%的SomaScan檢測（7K和11K）在其線性范圍內(nèi)檢測到正常血漿蛋白水平（r > 0.9），而相同的測量結(jié)果在Olink 5K平臺的檢測中發(fā)現(xiàn)為42%。將分析限制在所有3種稀釋度均高于eLOD的分析中，我們發(fā)現(xiàn)高比例的Olink分析也顯示出線性行為（85%的分析為r > 0.9）。

●數(shù)據(jù)完整性

SomaLogic具有最高的數(shù)據(jù)完整性，在所有78個樣本中，SomaScan 11K和7K分別顯示96.2%和95.8%的完整性。Olink 3K平臺的完整性為60.3%，MS-HAP Depletion平臺的完整性為53.6%。Olink 3K平臺的完整性為60.3%，MS-HAP Depletion平臺的完整性為53.6%。值得注意的是，最新版本的Olink平臺5K的數(shù)據(jù)完整性明顯低于之前3K版本的60.3%，僅為35.9%。

●蛋白質(zhì)定量的動態(tài)范圍

我們根據(jù)來自人類蛋白質(zhì)組圖譜（HPA）的大約4,392個血漿蛋白的估計濃度繪制了它們的分布，從而將每個平臺中鑒定的蛋白質(zhì)豐度可視化。所有平臺都能在很寬的濃度范圍內(nèi)（105 - 10-2 ng/mL）鑒定分析物，并且每個平臺和HPA之間重疊的蛋白質(zhì)的濃度分布驚人地相似。

●平臺間共享蛋白的相關(guān)性

Somascan11K和MS-Nanoparticle之間蛋白組間技術(shù)最大的重疊是3978個蛋白，其次是Somascan11K和Olink 5K之間的3720個蛋白。

如何選擇合適的技術(shù)進(jìn)行血漿標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)研究

1. 定量蛋白質(zhì)數(shù)量：SomaScan 11K ＞ SomaScan 7K ≈ MS-Nanoparticle ＞ Olink 5K ＞ MS-HAP Depletion ＞ Olink 3K

2. 數(shù)據(jù)重復(fù)性：SomaScan 11K ≈ SomaScan 7K ＞ Olink 3K ＞ MS-Nanoparticle ≈ Olink 5K ≈ Olink 3K

3. 成本：MS-Nanoparticle ＜ MS-HAP Depletion ＜ SomaScan ≈ Olink

4. 發(fā)現(xiàn)潛在新蛋白：MS-Nanoparticle ＜ MS-HAP Depletion

蛋白質(zhì)分析技術(shù)的最新進(jìn)展大大提高了我們了解血漿蛋白質(zhì)組的能力。SomaScan的蛋白質(zhì)組覆蓋范圍已從2009年的約800次檢測擴(kuò)大到2025年初的11,000次檢測。同樣，隨著Olink Explore HT的引入，Olink將檢測數(shù)量從大約15年前的不足1000項增加到5400多項。同時，質(zhì)譜法也取得了顯著進(jìn)展，提高了樣品通量、定量，增加了血漿蛋白質(zhì)組學(xué)的覆蓋深度。這些進(jìn)步促進(jìn)了全面血漿蛋白質(zhì)組分析的強(qiáng)大、自動化和可擴(kuò)展工作流程的發(fā)展。

以上結(jié)果來自2025年2月14日Alkahest Inc.的Sara Ahadi團(tuán)隊發(fā)表在bioRxiv的名為“The Current Landscape of Plasma Proteomics: Technical Advances,Biological Insights, and Biomarker Discovery"研究。