血漿蛋白質組學技術大比拼

血漿是含有多種分子，包括蛋白質、核酸、脂質、小分子代謝物和電解質。這些分子中的許多對于維持體內的各種生理過程是bi不可少的，它們濃度的變化可以預示或引發(fā)潛在的健康問題，這使得血漿成為發(fā)現(xiàn)生物標志物或疾病治療靶點的寶貴資源。其中蛋白質在生物過程和疾病機制中發(fā)揮著重要作用，蛋白質經常成為健康和疾病狀態(tài)的關鍵指標，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

血漿蛋白質組作為生物標志物來源的缺點

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

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

血漿蛋白質組學檢測技術

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

實驗設計

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個蛋白質組學平臺進行分析，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耗盡）和MS-IS Targeted （SureQuant™內部標準觸發(fā)-平行反應監(jiān)測）。SomaLogic 11K包括11083項分析，其中10776項人類蛋白質分析針對9852種獨特蛋白質，對應9645種不同的UniProt id。SomaLogic 7K包括7,596項分析，其中7,288項人類蛋白質分析針對6,467種獨特蛋白質，對應6,401種不同的UniProt id。Olink 5K和3K檢測分別針對5,416和2,925種獨特的人類蛋白。

各項指標對比結果

●鑒定量

所有七項檢測中，共鑒定出13007個血漿蛋白質， SomaScan 11K和SomaScan 7K平臺分別檢測到9645個和6401個蛋白質。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)的質譜平臺相比，MS-Targeted的中位CV為8.3%。

在不同的蛋白質組學方法中，技術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，技術變異占觀察到的總變異的比例要大得多。

●定量準確性

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信號的線性度，進行了簡單的線性度評估。97%的SomaScan檢測（7K和11K）在其線性范圍內檢測到正常血漿蛋白水平（r > 0.9），而相同的測量結果在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)據完整性

SomaLogic具有最高的數(shù)據完整性，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)據完整性明顯低于之前3K版本的60.3%，僅為35.9%。

●蛋白質定量的動態(tài)范圍

我們根據來自人類蛋白質組圖譜（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豐度可視化。所有平臺都能在很寬的濃度范圍內（105 - 10-2 ng/mL）鑒定分析物，并且每個平臺和HPA之間重疊的蛋白質的濃度分布驚人地相似。

●平臺間共享蛋白的相關性

Somascan11K和MS-Nanoparticle之間蛋白組間技術最大的重疊是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進行血漿標志物的發(fā)現(xiàn)研究

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

2. 數(shù)據重復性：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

蛋白質分析技術的最新進展大大提高了我們了解血漿蛋白質組的能力。SomaScan的蛋白質組覆蓋范圍已從2009年的約800次檢測擴大到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，質譜法也取得了顯著進展，提高了樣品通量、定量，增加了血漿蛋白質組學的覆蓋深度。這些進步促進了全面血漿蛋白質組分析的*、自動化和可擴展工作流程的發(fā)展。

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