鳳凰中心

??? 中國科學(xué)院院士賀福初有一個比喻：基因組和蛋白質(zhì)組的關(guān)系就像詞典與文章、元素表與化工廠?；蚪M學(xué)中微小的差異，在蛋白質(zhì)組學(xué)中可以被千倍甚至近萬倍地放大。因此，要真正闡釋生命，必須從蛋白質(zhì)組中尋找答案。

??? 北京市昌平區(qū)中關(guān)村生命科學(xué)園的主入口處，一棟由南北雙樓組成的銀白色建筑呈一字型展開。這里是國家蛋白質(zhì)科學(xué)中心—北京（鳳凰中心）的總部大樓，也是“中國人類蛋白質(zhì)組計劃”（以下簡稱CNHPP）的主要研究基地，從2014年6月至今，有關(guān)人類蛋白質(zhì)組的龐大數(shù)據(jù)在這棟建筑中陸續(xù)被測量和解讀。

??? 偶爾從門口經(jīng)過的人也許無法想象，這些數(shù)據(jù)有一天會完全改變眼前的生活。基于人類基因組這部“天書”而發(fā)展起來的精準(zhǔn)醫(yī)療，將因為人類蛋白質(zhì)組信息的清晰而變得更加精細(xì)和普適。

??? 不久前，鳳凰中心主任、北京蛋白質(zhì)組研究中心主任、蛋白質(zhì)組學(xué)國家重點實驗室副主任秦鈞在第一屆生命組學(xué)與精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)大會上對CNHPP作了介紹，《中國科學(xué)報》記者就該計劃對其進(jìn)行了專訪。

??? 只有蛋白質(zhì)組才能從根本上闡釋生命

??? 《中國科學(xué)報》：人類基因組計劃完成了對人類23對染色體上全部DNA攜帶的遺傳信息的總和——30億個堿基對的測序工作，人體“天書”已完整地呈現(xiàn)在了人類面前。現(xiàn)在對人類蛋白質(zhì)組展開研究，其意義是什么？

??? 秦鈞：科學(xué)界曾經(jīng)認(rèn)為，只要繪制出人類基因組序列圖，就能了解疾病的根源，但事實并非如此。

??? 基因是人類遺傳信息的載體，是生命奧秘最原始、最根本的物質(zhì)基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)是基因表達(dá)的產(chǎn)物，是構(gòu)成有機(jī)體的主要成分，是所有生命活動的載體和功能執(zhí)行者，是細(xì)胞執(zhí)行生長、發(fā)育、衰老和死亡等各種生命活動的基本單位。蛋白質(zhì)與基因密切相關(guān)，但是在此基礎(chǔ)上又產(chǎn)生很多變化，造就了生物體不同的形態(tài)、形狀，或者執(zhí)行不同的功能。

??? 一個有機(jī)體只有一個基因組，但是同一個有機(jī)體的不同細(xì)胞中的蛋白質(zhì)的組成和數(shù)量卻隨細(xì)胞種類和功能狀態(tài)的不同各有差異。比如，人體不同組織器官的基因組是一樣的，但是各個組織器官的蛋白質(zhì)組不完全一樣。人和鼠的基因組的差別僅為1%，但是其形態(tài)、性狀差別非常大，這就是蛋白質(zhì)組不一樣的體現(xiàn)。

??? 中國科學(xué)院院士賀福初有一個比喻：基因組和蛋白質(zhì)組的關(guān)系就像詞典與文章、元素表與化工廠。確實如此，基因組學(xué)中微小的差異，在蛋白質(zhì)組學(xué)中可以被千倍甚至近萬倍地放大。因此，要真正闡釋生命，必須從蛋白質(zhì)組中尋找答案。

??? 《中國科學(xué)報》：在CNHPP開展之前，中國科學(xué)家已經(jīng)主導(dǎo)執(zhí)行過“人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”（HLPP）。和HLPP相比，CNHPP對研究方法和技術(shù)提出哪些新的要求？

??? 秦鈞：與前期的HLPP相比，無論從研究思路、技術(shù)方法，還是平臺和團(tuán)隊，CNHPP都有較大的改進(jìn)和完善，研究范圍也顯著擴(kuò)大。特別是對數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)產(chǎn)出的速度等要求也越來越高。比如，蛋白質(zhì)組的分析速度、精度以及在定量、可視化等方面要求不斷提升。在CNHPP中，我們將對象擴(kuò)展到心臟、肝臟、胃、肺臟、腎臟等人體器官，獲得的實驗數(shù)據(jù)不僅可以在器官內(nèi)比較，更可以在器官間分析，獲得全面的認(rèn)識。

??? 樣本檢測效率可提升6倍

??? 《中國科學(xué)報》：為了繪制人類蛋白質(zhì)組的精細(xì)圖譜，CNHPP都將展開哪些研究？

秦鈞：主要開展的研究包括：建立樣本采集方法標(biāo)準(zhǔn)、樣本預(yù)處理和生物質(zhì)譜分析策略；進(jìn)行含有定量信息的正常組織和疾病、疾病旁組織蛋白質(zhì)表達(dá)譜、磷酸化譜、轉(zhuǎn)錄因子譜構(gòu)建；建立臨床蛋白質(zhì)組大數(shù)據(jù)平臺；通過數(shù)據(jù)分析、知識挖掘，發(fā)現(xiàn)若干疾病人群特征性信號通路變化的線索以及它們和病人手術(shù)后存活的關(guān)系。

??? 這其中包含了很多難題。首先需要攻克的是蛋白質(zhì)分離鑒定的速度、樣本通量，除此之外，還有微量或痕量蛋白質(zhì)的分析、蛋白質(zhì)組大數(shù)據(jù)構(gòu)建和多維度組學(xué)對接、蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)的深入分析和知識挖掘的方法策略等。

??? 《中國科學(xué)報》：CNHPP從2014年6月啟動，迄今取得了哪些進(jìn)展？

??? 秦鈞：主要包括五個方面的進(jìn)展。

??? 首先，建立了樣本采集方法標(biāo)準(zhǔn)，并推廣至全體項目團(tuán)隊，各臨床團(tuán)隊已完成100組以上的樣本，包括正常組織、疾病組織、疾病旁組織的收集。第二，建立了樣本預(yù)處理和生物質(zhì)譜分析策略，包括表達(dá)譜、磷酸化譜、轉(zhuǎn)錄因子譜方法標(biāo)準(zhǔn)。第三，建立了一種新蛋白質(zhì)組分析策略，可在接近和達(dá)到樣本蛋白表達(dá)數(shù)量的水平上，將檢測時間縮短至傳統(tǒng)蛋白質(zhì)組技術(shù)的1/7左右。該分析策略已作為本項目的技術(shù)規(guī)范應(yīng)用在所有樣本的檢測分析中。第四，通過測定和分析個體的蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)，進(jìn)行含有定量信息的正常組織和疾病、疾病旁組織蛋白質(zhì)表達(dá)譜、磷酸化譜、轉(zhuǎn)錄因子譜構(gòu)建。最后，通過初步數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)若干疾病人群特征性信號通路變化的線索。

??? 蛋白質(zhì)是最終解決精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)問題的出路

??? 《中國科學(xué)報》：你剛才提到了對蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)的分析，其實將所得到的海量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成有意義的海量信息才是研究的主要目的，現(xiàn)有的信息分析技術(shù)能夠達(dá)到這一目標(biāo)嗎？

??? 秦鈞：我們通過聯(lián)合相關(guān)生物學(xué)家、臨床學(xué)家以及生物分析學(xué)家分析海量實驗數(shù)據(jù)，一是通過各種生物信息學(xué)分析方法，努力從數(shù)據(jù)中挖掘有用的信息；二是依靠生物學(xué)家、臨床學(xué)家，從生物學(xué)問題，臨床問題、臨床需求等方面研讀數(shù)據(jù)。

??? 現(xiàn)有的生物信息技術(shù)還不能完全按照我們的要求和期望分析蛋白組學(xué)數(shù)據(jù)。從規(guī)模和深度來看，CNHPP產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對當(dāng)前生物信息學(xué)是個挑戰(zhàn)。因此，我們還在不斷開發(fā)和整合新的生物信息技術(shù)，希望構(gòu)建一個整合、快速、功能強大、完善的生物信息分析平臺，以滿足不斷產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)的分析，這其實也是CNHPP的一個主要發(fā)展方向。

??? 《中國科學(xué)報》：CNHPP的科學(xué)價值如何切實造福人類？

??? 秦鈞：從現(xiàn)階段看，至少在以下幾個方面可造福人類。

??? 一是通過對重大疾病發(fā)生發(fā)展過程中的重要調(diào)控通路和重要調(diào)控蛋白質(zhì)進(jìn)行研究，揭示重大疾病的發(fā)生發(fā)展機(jī)制，同時獲得一批重要疾病診斷標(biāo)志物、藥物靶標(biāo)，從而提高重大疾病的防診治水平。比如，通過篩選更多更具有診斷和判別意義的生物標(biāo)志物，提高重大疾病的早期診斷能力或者為疾病早期預(yù)警、健康體檢監(jiān)測等提供重要依據(jù)，通過對疾病發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)的蛋白質(zhì)及其信號通路等的研究，為精準(zhǔn)醫(yī)療提供判別依據(jù)和相應(yīng)的手段。二是可以通過新的診斷試劑、創(chuàng)新藥物以及相關(guān)科學(xué)儀器、診療設(shè)備等多種產(chǎn)品的市場化推動生物醫(yī)藥經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

??? 《中國科學(xué)報》：CNHPP如何促進(jìn)精準(zhǔn)醫(yī)療的發(fā)展？

??? 秦鈞：我要特別強調(diào)CNHPP對目前正在籌劃、即將啟動的中國精準(zhǔn)醫(yī)療計劃的啟示。美國的精準(zhǔn)醫(yī)療計劃沒有包含蛋白組學(xué)的內(nèi)容，是個很大的缺陷。中國的精準(zhǔn)醫(yī)療計劃在蛋白組學(xué)上有考慮和布局，是一個顯著的進(jìn)步。

??? 蛋白質(zhì)最終會是精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的出路?，F(xiàn)在蛋白組學(xué)剛剛起步，相當(dāng)于基因組學(xué)10~15年前的水平，但其發(fā)展勢頭已展現(xiàn)出蓬勃生機(jī)。中國的蛋白組學(xué)起步早，進(jìn)步快，在世界的蛋白質(zhì)組學(xué)領(lǐng)域占有一席陣地。最近建成、投入試運行的國家蛋白質(zhì)組學(xué)大科學(xué)設(shè)施——鳳凰中心已在CNHPP的實施中發(fā)揮了作用。其強大的蛋白質(zhì)組解析能力，正在發(fā)展的蛋白質(zhì)組生物信息學(xué)技術(shù)和方法，統(tǒng)一的樣本準(zhǔn)備流程，均一的質(zhì)量控制方法和與臨床醫(yī)生的緊密合作、無縫連接，已對CNHPP高質(zhì)量數(shù)據(jù)的產(chǎn)出和分析提供了堅實的基礎(chǔ)和保障。