Biomarker Discovery 生物标志物发现的蛋白质组学
综述：代谢组学研究加快生物标志物的发现
图 4 连接胆碱代谢途径和尿素循环的基因和中间体
图 5 血浆中甜菜碱的 GWAS 结果 除了肿瘤和心血管疾病，近年来随着生活水平的提高，高脂肪、高蛋 白质饮食、缺乏运动，以及一些不健康的生活习惯，导致由肥胖、高血压、 高血糖等高危因素组成的“代谢综合征”威胁现代人的健康，利用代谢组学 的技术手段也可为这些疾病的发病机制、诊断及药物疗效提供新的线索。 “广泛靶向代谢组”技术的优势： “广 泛 靶 向 代 谢 组 ” 是 一 种 全 新 的 代 谢 物 定 性 、定 量 检 测 技 术 ，它 结 合 了 非靶向、靶向的优点，将高通量、高灵敏度和定量的优点集合于一起，特 别适合检测中低丰度代谢产物，是发现新代谢 Biomarker 的最适方法，具有 高通量（一次可检测＞1000 种代谢物）、高灵敏（能检测低丰度代谢物）、 广覆盖（可覆盖超过 20 条代谢通路）、定性定量准（拥有近千种标准品库） 等特点。检测的代谢物包括氨基酸及其衍生物、糖、核苷酸及其衍生物、 维生素、脂质等物质。 通 过 基 因 测 序 找 到 疾 病 的 控 制 基 因 ，通 过 蛋 白 测 序 研 究 基 因 如 何 调 节 下 游的信号通路，最后通过代谢组学分析研究基因表达调控的最终结果。迈 维代谢可利用基因组、转录组、蛋白组和代谢组多种组学技术进行联合分 析，可对疾病的发生机制有更全面的认识，对疾病的诊断、监测和治疗寻 找新的切入点。
蛋白质组学检测方法-概述说明以及解释
蛋白质组学检测方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述蛋白质组学是指研究生物体内所有蛋白质的种类、数量、结构和功能的一门学科，是现代生命科学中重要的研究领域。
蛋白质是生物体中最基本的功能分子之一，参与了几乎所有生命过程，包括细胞信号传导、代谢调节、基因表达调控等。
蛋白质组学的发展与生物学、生物化学、基因组学等学科的深入研究密切相关。
与基因组学关注基因水平的研究不同，蛋白质组学研究的目标是探索蛋白质在细胞和生物体整体层面上的功能及其调控机制。
蛋白质组学研究所得到的信息对于理解生物体的生命活动，揭示疾病的发生机制，以及开发新的诊断和治疗方法具有重要意义。
蛋白质组学检测方法是实现蛋白质组学研究的关键技术。
随着各种高通量技术的不断发展，蛋白质组学检测方法也在不断更新和完善。
目前常用的蛋白质组学检测方法包括质谱分析、蛋白质芯片技术、蛋白质亲和层析等。
这些技术可以对大规模的蛋白质样品进行快速而全面的分析，从而为蛋白质组学研究提供了有力的支持。
然而，蛋白质组学检测方法面临着许多挑战和限制。
样品复杂性、蛋白质之间的差异性以及信号检测的灵敏度等问题都对蛋白质组学检测方法的应用提出了要求。
因此，改进现有方法，提高检测的准确性和灵敏度，开发新的蛋白质组学检测方法成为当前研究的热点。
本文将对蛋白质组学检测方法的分类、原理及其在生命科学研究中的应用前景进行详细探讨。
同时，也将展望蛋白质组学检测方法的发展方向，为进一步推动蛋白质组学研究提供有益的参考和思路。
通过对蛋白质组学检测方法的深入了解，相信我们能够更好地理解蛋白质的功能和调控机制，为生命科学的发展做出更大的贡献。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下方面：文章的结构是指整篇文章的整体组织框架，它可以帮助读者更好地理解文章的内容和逻辑关系。
为了达到这一目的，本文将按照以下结构进行阐述：1. 引言：本部分主要对文章进行开篇介绍，包括蛋白质组学检测方法的背景和意义，以及本文的目的和重要性。
疾病诊断中的生物标志物发掘与应用
疾病诊断中的生物标志物发掘与应用近年来，随着生物技术的快速发展，疾病诊断中的生物标志物发掘与应用受到了广泛关注。
生物标志物是指能够反映生物体内异常状态的特定分子或细胞，通过对其进行分析和检测，可以实现早期诊断、疾病分类、治疗监测等目的。
本文将探讨疾病诊断中生物标志物的发掘方法和应用前景，以期为临床医学带来更多突破。
一、生物标志物的发掘方法1. 基因组学方法基因组学方法以基因作为研究对象，通过对基因组的全面分析，寻找与疾病相关的特定基因。
例如，基于高通量测序技术的全基因组关联研究（GWAS），可以发现疾病相关的单核苷酸多态性（SNP），进而确定患病风险。
此外，转录组测序技术也可用于鉴定差异表达基因，从而揭示疾病发生发展的机制。
2. 蛋白质组学方法蛋白质组学方法主要研究蛋白质在生物体内的表达与功能，通过比较正常人群和疾病患者的蛋白质组差异，可以发现与疾病相关的蛋白质标志物。
例如，质谱技术可以通过分析蛋白质的质量和序列来鉴定差异表达的蛋白质，从而为疾病诊断提供依据。
3. 代谢组学方法代谢组学方法研究生物体内代谢产物的全谱，通过分析代谢物在疾病状态下的变化，可以发现与疾病相关的代谢标志物。
例如，核磁共振技术可以通过测量代谢物的信号来鉴定疾病相关的代谢指标，进而进行早期诊断和治疗监测。
二、生物标志物的应用前景1. 早期诊断生物标志物在早期诊断中具有重要作用。
通过检测特定生物标志物的水平变化，可以在疾病发生前期或早期对患者进行筛查和诊断，提高治疗效果。
例如，乳腺癌标志物CA15-3和CA27-29的检测可以帮助早期发现乳腺癌。
2. 疾病分类和分子诊断不同疾病在生物标志物水平上存在差异，通过研究和鉴定特定的生物标志物，可以实现疾病的分类和分子诊断。
例如，前列腺特异性抗原（PSA）是前列腺癌的重要标志物，通过检测血清中PSA的水平可以区分前列腺癌和正常人群。
3. 疾病进展监测和预后评估生物标志物的动态变化可以反映疾病的进展和预后情况。
暴露组学名词解释
暴露组学名词解释1. 引言暴露组学是一门研究个体与环境之间相互作用的学科，它结合了基因组学、表观基因组学、转录组学、蛋白质组学等多个生物信息学领域的技术和方法，旨在探索个体对外界环境的响应以及这种响应如何影响健康和疾病。
本文将对暴露组学中的一些重要名词进行解释，帮助读者更好地理解该领域。
2. 名词解释2.1 基因组学（Genomics）基因组学是研究生物体基因组结构、功能和演化的科学。
它包括了对于DNA序列的分析、基因的注释以及基因与表型之间关系的研究。
在暴露组学中，基因组学被用来分析个体基因型与暴露物之间的相互作用，以及这种相互作用对健康和疾病风险的影响。
2.2 表观基因组学（Epigenomics）表观基因组学是研究非编码DNA上化学修饰对基因表达调控的科学。
它研究的是在基因组水平上，通过DNA甲基化、组蛋白修饰等方式对基因表达进行调控的机制。
在暴露组学中，表观基因组学被用来研究环境暴露对个体表观遗传修饰的影响，从而揭示环境对基因表达的调控机制。
2.3 转录组学（Transcriptomics）转录组学是研究特定物种或特定细胞群体中所有转录本（RNA）的总体分析。
它通过测量和分析RNA的表达水平，揭示了基因在特定条件下的表达模式。
在暴露组学中，转录组学被用来研究环境暴露对个体基因表达的影响，从而识别与环境相关的生物标志物和潜在的健康风险。
2.4 蛋白质组学（Proteomics）蛋白质组学是研究特定物种或特定细胞群体中所有蛋白质的总体分析。
它通过测量和分析蛋白质的表达水平、修饰情况和相互作用，揭示了蛋白质在细胞内的功能和调控机制。
在暴露组学中，蛋白质组学被用来研究环境暴露对蛋白质组成和功能的影响，从而深入了解环境对细胞和生物系统的影响。
2.5 代谢组学（Metabolomics）代谢组学是研究特定物种或特定细胞群体中所有代谢产物的总体分析。
它通过测量和分析代谢产物（如小分子有机物、代谢酶产物等）的水平变化，揭示了生物系统在不同条件下的代谢状态。
蛋白质组学技术在各研究领域中的应用和思路
蛋白质组学技术在各研究领域中的应用和思路刘钟慧1186141052@目录CONTENTS蛋白质组学研究方法生物医学与蛋白质组学农林领域与蛋白质组学环境科学与蛋白质组学1蛋白质组学研究方法CHAPTER组学技术示意图（信息从基因组-转录组-蛋白组-代谢组的传递）UPLC–MSE application in disease biomarker discovery:The discoveries in proteomics to metabolomics（2014）曾经我们以为，生命的复杂程度与基因数目成正比；人类与简单生物的巨大差别，来自蛋白质之间相互作用的数量*同一基因组，在不同细胞/组织中表达的蛋白质谱不同(如：脑、肝、心和肾之间)*同一细胞/组织，在不同时间/不同环境条件下表达额蛋白谱也不同（如：胎儿与成人）*即蛋白质组是空间和时间上动态变化着的整体，一个基因人类蛋白质组全谱绘制完成2014年，人类蛋白质组全谱绘制完成，2篇文章发表在nature2016年，第3篇文章发表在nature，对蛋白定位进行了补充 1.17种成人组织，7种胎儿组织，6种人造血细胞；2.共鉴定17294非冗余蛋白，覆盖84%人类基因；3.人类蛋白质组实现接近完全覆盖；数据库：NCBI-Pubmed ；时间：2016年7月4日约4万篇文献，以human 为研究对象的占一半以上中国人类蛋白质组计划（CNHPP ）2014年6月全面启动实施，主要目标是以我国重大疾病的防治需求为牵引，发展蛋白质组研究相关设备及关键技术，绘制人类蛋白质组生理和病理精细图谱、构建人类蛋白质组“百科全书”，全景式揭示生命奥秘，为提高重大疾病防诊治水平提供有效手段，为我国生物医药产业发展提供原动力。
蛋白质组学研究现状蛋白质组学概念和技术特点蛋白质组（proteome）：由澳大利亚Macquarie大学的Wilkins和Willianms在1994年首次提出，指组织或细胞中所有蛋白质的集合蛋白质组学（Proteomics）：是指在大规模水平上研究蛋白质的特征，包括蛋白质的表达水平，翻译后的修饰，蛋白与蛋白相互作用等，由此获得蛋白质水平上的关于生理、病理等过程的整体而全面的认识。
多组学biomarker筛选
多组学biomarker筛选
筛选多组学生物标志物是一种将多个生物标志物结合在一起，以提高疾病诊断、预测和监测的能力的方法。
以下是一些常用的多组学生物标志物筛选方法：
1. 基因组学筛选：通过比较疾病组织和正常组织的基因表达谱，寻找差异表达的基因，并鉴定与疾病相关的基因组学标志物。
2. 蛋白质组学筛选：使用蛋白质组学技术（如质谱和蛋白质芯片）对血液、尿液等生物样本中的蛋白质进行分析，鉴定与疾病相关的蛋白质标志物。
3. 代谢组学筛选：通过使用质谱和核磁共振等技术对生物样本中的代谢物进行分析，鉴定与疾病相关的代谢物标志物。
4. 遗传组学筛选：利用单核苷酸多态性（SNP）等技术分析个
体基因型与疾病发生风险的关联，鉴定与疾病相关的遗传标志物。
5. 表观遗传组学筛选：通过分析DNA甲基化、组蛋白修饰等
表观遗传学修饰的变化，在疾病诊断和预测中发现潜在的标志物。
6. 微生物组学筛选：利用高通量测序技术分析人体内的微生物组成，寻找与疾病相关的微生物标志物。
以上是一些常用的多组学生物标志物筛选方法，通过将多个维
度的生物数据结合起来，可以提高疾病的诊断和预测的准确性和敏感性。
代谢组学及其发展
代谢组学及其发展代谢组学及其发展摘要：代谢组学是上世纪九十年代中期发展起来的一门新兴学科，是系统生物学的重要组成部分。
它是关于生物体系内源代谢物质种类、数量及其变化规律的科学，研究生物整体、系统或器官的内源性代谢物质及其所受内在或外在因素的影响。
关键词：代谢组学，研究方法，组学运用，中药学1 代谢组学代谢组学(metabonomics/metabolomics)是效仿基因组学和蛋白质组学的研究思想，对生物体内所有代谢物进行定量分析，并寻找代谢物与生理病理变化的相对关系的研究方式，是系统生物学的组成部分。
其研究对象大都是相对分子质量1000以内的小分子物质。
先进分析检测技术结合模式识别和专家系统等计算分析方法是代谢组学研究的基本方法。
2代谢组学的研究方法2.1研究范围代谢组学主要研究的是作为各种代谢路径的底物和产物的小分子代谢物（MW<1000）。
在食品安全领域，利用代谢组学工具发现农兽药等在动植物体内的相关生物标志物也是一个热点领。
其样品主要是动植物的细胞和组织的提取液。
2．2常用的分析技术主要技术手段是代谢组学以液相色谱一质谱(LC．MS)、气相色谱-质谱(GC．Ms)、核磁共振谱(NMR)等方法为主要研究手段[1.2.3]，其中以NMR为主。
通过检测一系列样品的NMR 谱图，再结合模式识别方法，可以判断出生物体的病理生理状态，并有可能找出与之相关的生物标志物（biomarker）。
为相关预警信号提供一个预知平台。
据不同的研究对象和研究目的，Fiehn 将生物体系的代谢产物分析分为4个层次：(1)代谢物靶标分析对某个或某几个特定组分的分析。
在这个层次中，需要采取一定的预处理技术除掉干扰物，以提高检测的灵敏度。
(2)代谢轮廓(谱)分析对少数所预设的一些代谢产物的定量分析。
如某一类结构、性质相关的化合物，某一代谢途径的所有中间产物或多条代谢途径的标志性组分。
进行代谢轮廓(谱)分析时，可以充分利用这一类化合物的特有的化学性质，在样品的预处理和检测过程中，采用特定的技术来完成。
临床蛋白质组学在疾病生物标志物发现中的应用
临床蛋白质组学在疾病生物标志物发现中的应用近年来，随着生物技术的不断发展和突破，临床蛋白质组学逐渐成为疾病生物标志物发现领域的热门研究方向。
通过对蛋白质组进行全面分析，科学家们希望可以找到与疾病相关的蛋白质指标，从而提高早期诊断和治疗的准确性。
本文将探讨临床蛋白质组学在疾病生物标志物发现中的应用，并介绍一些相关的研究进展。
一、蛋白质组学概述蛋白质组学是对蛋白质组进行系统性研究的学科，其核心任务是鉴定蛋白质组中的全部蛋白质，并研究其在时间、空间、数量和功能上的变化。
蛋白质组学的研究手段包括蛋白质分离技术、质谱分析技术、蛋白质识别与定量技术等。
二、临床蛋白质组学在疾病生物标志物发现中的意义1. 早期诊断：疾病的早期诊断对于患者的治疗和预后影响重大。
临床蛋白质组学可以通过分析患者体液中的蛋白质组成，发现疾病的生物标志物，实现早期诊断，提高治疗效果。
2. 疾病分类：蛋白质组学可以根据疾病特定的蛋白质指纹图谱，帮助科学家们对疾病进行分类，进一步深入了解疾病的发病机制和病理过程，为个体化治疗提供依据。
3. 治疗效果评估：临床蛋白质组学可以用于评估患者对不同治疗方案的反应情况，以及治疗后的生物标志物变化。
这对于判断治疗效果、调整治疗方案至关重要。
三、临床蛋白质组学的研究进展1. 肿瘤领域：在肿瘤研究中，临床蛋白质组学已经取得了一系列重要的突破。
通过对肿瘤患者血液或组织中的蛋白质组学分析，科学家们发现了许多与肿瘤相关的蛋白质指标。
这些指标不仅可以作为早期诊断标志物，还可以提供基于个体化的治疗选择。
2. 心血管疾病：在心血管疾病的研究中，临床蛋白质组学的应用也取得了显著的进展。
通过对心血管疾病患者血清中的蛋白质组进行分析，科学家们发现了一些特定的蛋白质指标，这些指标可以预测患者的心血管风险，为个体化的治疗方案提供参考。
3. 神经系统疾病：临床蛋白质组学在神经系统疾病研究中也有广泛应用。
例如，在阿尔茨海默病的研究中，科学家们通过对阿尔茨海默病患者脑脊液中的蛋白质组进行分析，发现了一系列与该疾病相关的蛋白质指标，这为早期诊断和治疗提供了重要依据。
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Biomarker Discovery 生物标志物发现的蛋白质组学
Protein Biomarker Discovery 发现蛋白的生物标志物
蛋白生物标志物发现是理解病理的非常重要的一步，也是在药物研发过程中，鉴 定潜在药物和诊断目标物的重要一步。 需使用一个相对定量的差别分析方法，发现这些假定的、跟疾病有关的标志物， 并要求严格的实验方法来减少样本－样本之间的差异性。 定量方法
iTRAQ定量技术
PepQuan：用于同位素标记的定量分析软件
Label-Free 定量技术（不用昂贵的同位素试剂）
Global protein identification and quantification technology using two-dimensional liquid chromatography nanospray mass spectrometry.
•可以通过检测和搜索，来判断体系中，蛋白是否表达。 •同时，峰面积的差异（比值）可以推导出不同的体系中，蛋白被表达的量不同， 和表达量的相对比较。
Biomarkers (新方法)
Sample loop SCX
Autosampler
Sample
RP
10 l/min 200 nl/min Waste Waste Waste
RT: 23.17 AA: 3126382858 BPtide: DGAGDVAFVK Ratio 1:1
Peptide: VLPVPQK Ratio 0.5:1
Biomarkers (新方法)
建立方法的模型体系
Prove of concept: 一个蛋白的峰面积是否和其浓度正相关？
用于鉴定的MS/MS数据 :
Peptide: DGAGDVAFVK Protein: Serotransferrin
2. Quantitation定量 全扫描MS的峰面积用于相对定量 Sample A:
Relative Abundance 100 75 50 25 A
100 Relative Abundance
RT: 25.30 AA: 24048812740 BP: 490.4
75 50 25 0 100 75 50 25 0 20
C
RT: 23.37 AA: 1430502253 BP: 780.5
0
100 75 50 25 0 20 25 Time (min) 30 B
D
Sample B:
RT: 25.17 AA: 21669592737 BP: 490.3
Test: 肌红蛋白myoglobin用胰蛋白酶酶解后，用LC-MS/MS分析，浓度从 10 fmol ～100 pmol
Biomarkers (新方法)
Prove of concept: 肌红蛋白myoglobin用胰蛋白酶酶解后，用LC-MS/MS 分析，浓度从 10 fmol ～100 pmol
举例：发现生物标记物Biomarkers的新方法
我们的目标: 不要凝胶! 不用同位素标记! 当然也不用SELDI! 定量复杂混合物中的蛋白的方法：使用LC-MS/MS实验，用肽产生的 峰面积定量 理论上, 肽的峰面积同浓度成正比。因此，来自于一种蛋白的肽的峰 面积，就同这种蛋白在混合物体系中的浓度成正比。 如果一种蛋白在一种体系中和另一种体系中的表达量不同，或者是 有/无的差异，或者是浓度的差异，在LC-MS/MS中，就可以体现：
Anal Chem. 2003 Dec 1;75(23):6658-65
Chelius D, Zhang T, Wang G, Shen RF. The peak areas (integrated ion counts over the peptide elution time) of all identified peptides are calculated, and the relative concentration of each protein is determined by comparing the peak areas of all peptides from that protein in one sample versus those from the other. Using this strategy, we compared the relative level of protein expression of A431 cells (an epidermal cell line) grown in the presence or absence of epidermal growth factor (EGF). Our results are consistent with the published observations of the transient effects of EGF
• • • DIGE：2D凝胶电泳和荧光显色分析 昂贵的同位素标记方法：ICAT、iTRAQ、SILAC等 Label-Free的方法：完全不用同位素标记
Thermo Scientific完整的工作流程提高了检测方法的可靠性——那些被检测到的
差别，即真实地反映了生物意义上的差别
ICAT定量
Differential Quantitation of 491 Proteins
Sampe Pump
MS Pump Protein Ratio Protein 1 Protein 2 Protein 3 1 1 1 0.5 2
Mass spec data
Analyze separatly
Digest Sample 1 Sample 2
Protein 4 Protein 5
1. Identification，鉴定蛋白的有无
100 95 90 85
15399
Relative Abundance
80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 60 70 60