每5人就有1人重症！Nature子刊：华大一站式蛋白质组助力重症新冠早期诊断

研究表明，约80％的COVID-19患者为中度症状，而其余的20％患者为重度症状，需要尽早进行重症监护，如果这部分重症患者能够实现早期诊断，将极大地推进选择合适治疗方案、合理分配医疗资源。因此，迫切需要用于预测COVID-19重症患者的生物标志物。

近日，广州市疾病预防控制中心杨智聪主任医师、狄飚研究员与暨南大学基础医学院范骏教授、贾红玲高级实验师、罗钧洪教授、王华东教授， 以及广东省健康医疗数据智能化应用工程技术研究中心梁会营教授联合攻关，确定了一组可以预测COVID-19是否向重症进展的生物标志物。华大基因质谱团队参与合作，并提供了DIA+PRM一站式服务。相关文章Identification and validation of predictive factors for progression to severe COVID-19 pneumonia by proteomics于2020年10月发表在Nature子刊Signal Transduction and Targeted Therapy（IF=13.493）上。

研究思路及主要结果

图1 COVID-19重症患者早期诊断标志物研究思路

1）DIA Development阶段：

选用15例重症患者、8例中度患者、10例健康对照的血清进行DIA检测。共定量988个蛋白质，33例样品的DIA数据之间相关性很高（如图2左）。PCA（主成分分析）结果发现大多数中度患者与健康对照者相似，但重度患者与其他患者明显分离（如图2右），说明重度患者具有一些独特的蛋白质组学特征。

以差异倍数为≥1.5，p值<0.05筛选差异蛋白，患者与健康对照之间有43个上调和47个下调蛋白，上调蛋白与急性炎症反应、中性粒细胞激活和先天免疫反应激活等生物过程相关；重度和中度患者之间有20个上调蛋白，这些蛋白除了与免疫反应相关外，还与疾病发展的细胞排毒相关。20个上调蛋白中有10个在患者与健康对照比较中也上调，包括炎症反应蛋白S100A8和S100A9，说明重度患者比中度患者具有更强的炎症反应。

图2 DIA数据重复性评估（左）；对DIA数据进行PCA分析结果（右）

2）PRM Verification阶段：

从前期Development阶段发现的差异蛋白中挑选72个肽段进行schedule PRM验证，样本同Development阶段。10个重症患者上调蛋白中，有8个PRM结果显示明显上调，但整体预测能力仅0.8。为进一步寻找预测重症患者的生物标志物，通过迭代模型构建方法发现其中三个蛋白（DDT、OAF、MB）联合使用时对重症患者的预测能力可达0.907（图3）。

图3 DDT、OAF、MB的PRM结果及ROC结果

3）Validation阶段：

选择29例重症患者和21例中度患者的血清，采用ELISA方法进一步验证了三个指标（DDT、OAF、MB）的预测能力，结果与PRM一致。

本研究确定了一组预测COVID-19重症患者的蛋白标志物，有助于COVID-19重症的早期诊断，提高 COVID-19患者生存率，缓解COVID-19全球大流行对公共医疗资源的压力。

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生物标志物在医学诊断及精准医疗领域中越来越重要^[1]。它是指一种被客观测量的用来反应生理、病理或者药理过程的具有生物学意义的标志物，广泛应用于疾病诊断、判断疾病分期或评价新药、新疗法在目标人群中的安全性及有效性等^[2]。

而蛋白质作为生命活动的执行者，疾病、应答和康复等生理变化最终都能在蛋白质水平上得以体现，且蛋白质的表达具有时间、空间特异性，是疾病研究的最直观手段。因此，寻找蛋白质生物标志物，成为临床疾病早期诊断、疾病分型、药物靶标筛选及药物研发等最有效的方法之一^[3]。

蛋白质生物标志物的研究，一般分为三个阶段：Discovery/Development、Verification和Validation。基本思路如下：

1）Discovery/Development通常需要借助高通量的组学手段，对小规模临床样本进行蛋白组学测定，筛选差异蛋白。本研究中选用了高通量、高深度、技术稳定性超过90%的血液DIA技术进行第一阶段Discovery研究，实现了差异标志物快速、高效、精准筛选。

2）接下来的Verification阶段，需要对更小范围的生物标志物进行靶向蛋白质组学的扩大样本量验证，考察候选标志物的特异性与灵敏度。本研究在Verification阶段选择了schedule PRM，该模式可以大幅提高靶标检测通量，单次检测目标蛋白高达100个。

3）如果标志物需要再临床应用，还需要在大量临床样本，结合临床数据进行补充验证完成Validation，如ELISA、WB等。

这种研究蛋白生物标志物的思路，广泛应用在各蛋白质组学文章中，为广大科研工作者所采用，如李兰娟院士团队就是基于该思路开发慢加急性肝衰竭（ACLF）精准诊断蛋白标志物组合^[4]。

除了文章提及的DIA和schedule PRM技术，华大基因还可提供不同蛋白定量产品，以及从Discovery/Development到Verification的一站式服务，iTRAQ/IBT/TMT + MRM/PRM、DIA + MRM/PRM，满足科研工作者各方面需求！

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原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41392-020-00333-1

参考文献：

1. Landeck L, Kneip C, Reischl J, Asadullah K. Biomarkers and personalized medicine: current status and further perspectives with special focus on dermatology. Exp Dermatol. 2016;25(5):333‐339.

2. Wu L, Qu X. Cancer biomarker detection: recent achievements and challenges. Chem Soc Rev. 2015;44(10):2963‐2997

3. Rifai N, Gillette MA, Carr SA. Protein biomarker discovery and validation: the long and uncertain path to clinical utility. Nat Biotechnol. 2006;24(8):971‐983

4. Sun Z, Liu X, Wu D, et al. Circulating proteomic panels for diagnosis and risk stratification of acute-on-chronic liver failure in patients with viral hepatitis B. Theranostics. 2019;9(4):1200‐1214. Published 2019 Jan 30

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