在精准医疗与数字健康的交汇点上，基于质谱的血浆蛋白质组学正掀起一场临床诊断的革命。 过去十年，传统检测技术受限于灵敏度与通量瓶颈，难以从血液中捕捉到与疾病密切相关的微量蛋白质标志物，而质谱技术的突破——尤其是高分辨质谱（HRMS）与纳米流质谱联用——彻底改变了这一局面。它能够以单次检测覆盖数千种蛋白质，并以ppm级精度识别疾病特异性生物标志物，为癌症、心血管疾病及神经系统退行性疾病等复杂疾病的早期筛查、动态监测和精准治疗提供全新范式。
本文将从临床标志物发现需求-主流技术分析-核心瓶颈分析-政策驱动持续发展四个层面详述精准医疗技术进步新时代下，血浆蛋白质组学研究的必要性和重要性。
众所周知，血液标志物检测是临床最常见的诊断方式，甚至可以说，血液检测构成了现代医学的基石。据统计，美国每年进行20亿次（以临床诊断为目的）血液检测，血液检测的结果影响医院和初级保健机构80%的医疗决策[1,2]。据此推算，全球每年进行的血液检测数量至少在50亿次以上。
二、血液中检测蛋白指标（免疫诊断）已经是诊断市场的最大细分板块
“免疫诊断”是临床上对检测体液（主要是：血液、尿液、脑脊液）中游离蛋白质指标的统称。免疫学检测方法是应用免疫学理论设计的一系列测定抗原、抗体、免疫细胞及其分泌的细胞因子的实验方法[3]。
从1960年代开始，中国免疫诊断技术发展不断更新迭代，从最早的放射免疫开始经历了胶体金、酶联免疫，以及化学发光等技术的发展，通过持续提高技术以更好地满足临床诊断需求(见图1)。近年来国内的临床应用以化学发光检测技术为主，其具有高灵敏度、高特异性、高通量、高稳定度、易操作等优点（见表1）。
免疫诊断的应用场景范围广泛，在医院的检验科/临床科室、体检中心和第三方独立实验室均有相关的检测平台。免疫检测平台在临床应用中大致可分为中高通量仪器和低通量仪器，两类仪器在技术原理、应用场景和技术参数上不尽相同。中高通量仪器主要以化学发光和酶联免疫技术为主，通常为大型的检验平台，并放置在三/二级医院中央检验科室和第三方独立实验室内(见图2)。低通量免疫诊断仪器主要满足医院急诊科快检或小型/基层医院的较少样本检测的需求，通过单人份检测，在患者需要检测时可做到随到随检，同时也避免了试剂浪费的情况(见图3)。这类仪器主要采用免疫荧光、胶体金、时间分辨荧光等检测方法，能在20分钟左右提供定性或定量的检验结果。
免疫诊断占中国整个体外诊断（IVD）市场规模的40%多，是体外诊断市场中最大的细分板块（其他还包括：分子诊断、生化诊断、病理诊断、微生物诊断等领域）。中国免疫诊断市场在过去五年整体保持约20%增速，预计2022 年市场规模将达524亿。其中，中高通量市场占主导地位，规模达456亿(见图4)。相对于低通量市场所面对的急诊科或中小型医院，中高通量市场面对三级医院等大型医院客户，测试量较大且设备单价高，因此中高通量市场规模较大，贡献了大部分的免疫诊断市场体量。
近年来越来越多的生物技术公司与研究机构合作，利用蛋白质组数据开发生物诊断标志物和药物靶点。最著名的项目莫过于2023年UK Biobank联合13家国际生物制药公司（包括：Alnylam Pharmaceuticals， Amgen， 阿斯利康， Biogen， BMS， Calico， Genentech， GSK， 强生制药， 诺和诺德， 辉瑞， 再生元、武田制药）组成的UK Biobank Pharma Proteomics Project（见图5）。该项目共分析了54000名参与者血液中近3000种蛋白质的水平，识别出超过14000种在特定基因变异与血液中蛋白质水平之间的关联——其中约80%是此前未知或未得到证实的。该蛋白质组学数据已被用于精确筛选乳腺癌、帕金森病等疾病的生物标志物和潜在药物靶点。阿斯利康的遗传学家Ryan Dhindsa表示：“这些数据最令人兴奋的应用之一是训练AI模型进行疾病预测。”
图5：UK Biobank Pharma Proteomics Project
随着该项目的数据越来越被产业界认可，2025年初，该计划大规模扩容。2025年1月9日，UK biobank与14家顶尖生物制药公司（新加入该计划的公司包括：Alden Scientific、罗氏制药、Isomorphic Labs、Merck Sharp & Dohme）宣布将很快启动世界上最全面的人类血液蛋白质组研究，旨在测量60万个人血液样本中5400种蛋白质的水平，这些血样包括UK biobank在2006年至2010年间采集的50万名参与者的初始血液样本，以及对其中10万人在15年后采集的后续样本。所有参与者的基因组均已测序，以便比较其蛋白质水平与遗传数据。科学家表示，生成的大量数据有助于推动血液检测技术的发展，从而在症状出现前发现疾病，并为疾病治疗找到新的药物靶点。慕尼黑赫尔穆茨研究所转化基因组学中心主任 Eleftheria Zeggini 说：“这将是了解健康和疾病的一个极其强大的资源。”据悉，这些大型制药公司已经为该计划批准了数千万美元的预算投入。
临床标志物发现过程可分成三个阶段：（无假设）发现阶段、标志物验证阶段、标志物临床试验阶段（见图6）[4]。在发现阶段往往采用基于高分辨质谱的非靶向蛋白质组学技术，其主要优势在于：无需对潜在生物标志物的可能种类、数量、相对定量做出任何假设，这种方法将每种疾病的所有可能检测到的生物指标做为一个整体进行研究，通过统计学方法找到表达量有明显差异标志物组合，在这一阶段的最后，临床专家往往会对有统计学差异的数十个指标进行筛选，结合上这些蛋白的生理学和病理学意义，最终选出10-20个最有临床指导意义的指标进行下一步验证环节。
用于验证候选标志物的靶向蛋白质组是第二阶段。在发现阶段中有差异表达的相对较少数量的蛋白质（通常小于 20个指标）在较大且理想情况下独立的队列中进行测试。如果很难采购到相应指标的抗体，则往往采用质谱的靶向定量分析，其中应用最广泛的是“多反应监测”（MRM - 有时也称为单反应或选择反应监测 - SRM）。对于每种（待验证）蛋白指标，该方法会选择一组合适的特征肽，并评估它们的洗脱和碎裂过程，来进行MRM检测。在分析过程中，质谱仪被编程为在洗脱时仅连续碎裂这些特征肽。通过监测每个肽的几个碎片，即使使用较低分辨率的质谱仪也可以实现高灵敏和特异性的定量检测。与第一阶段使用的自下而上法（bottom-up）蛋白质组学相比，MRM 在验证方面的优势在于其更高的灵敏度和检测通量。在这一环节，最终通过验证的指标数量往往小于10个。
最后一步是在正式临床试验中验证所选指标的检测精确度。考虑到现阶段临床应用主要采用免疫法进行检测，这个阶段的验证往往采用酶联免疫或化学发光法来进行。
图6：经典的蛋白标志物发现流程
基于质谱法的蛋白质组市场增速快于基于免疫法的蛋白质组市场，说明发现端的科研需求大于验证端的科研需求，越来越多的科研资源向发现源头倾斜。2020年，基于高分辨质谱的国内蛋白组科研服务市场规模是5.8亿人民币，至2025年，该市场规模约是22.6亿，年化增速31%（见图7）[5]。2020年，中国ELISA科研试剂盒的市场规模是5.0亿元，至2025年，该市场规模约为12.6亿元，年化增速20%（见图8）[6]。
图8：中国ELISA科研试剂盒市场规模
蛋白组研究主流方法是高分辨质谱法和免疫法两种技术路线。从装机量来看，质谱法依旧占据绝对主导地位。高分辨质谱全球累计装机超过2万台，其中中国装机量超过3000台，用来做蛋白组研究。以Olink、Somalogic为代表的多重免疫法由于单样本检测指标数量远多于传统ELISA，近年得到一定程度的快速发展，但依旧不能撼动高分辨质谱的地位。原因有二：
抗体技术经过数十年发展，抗体性能（影响定性定量准确度）、抗体成本依然成为制约多重免疫法的最大瓶颈。因为目前的抗体成本下降空间有限，很难支撑大panel（比如1000+指标/样本）在大型队列研究中的普及度。
基于高分辨质谱的蛋白组研究能对蛋白的上千种修饰、RNA剪切造成的大量蛋白异构体进行更具有特异性的定性定量分析。
目前人类蛋白质图谱（human protein atlas，国际蛋白理事会HUPO认证的最权威的蛋白组科研数据库）共收录了过去文献中从人类血浆中能够检出的6000种蛋白指标，其中400多种蛋白是用传统免疫（ELISA）法检出的、4000多种是用质谱法检出的、Olink的PEA技术能够检出的指标数量是1400多种，质谱法检出的种类最多（见图9）。目前Somalogic的核酸适配体检出的指标暂没纳入这个数据库（最新的数据库是23年更新的）。
图9：human protein atlas官网上关于人类血浆蛋白组的介绍
血是重要的临床样本，对其蛋白质组进行深入研究在疾病诊断和疗效监测具有重要意义。然而，血浆中的一些高丰度蛋白质占据大量的质谱信号使得低丰度蛋白质不容易被质谱检测到。目前，大部分已知蛋白标志物是血浆中的高丰度蛋白质，但低丰度蛋白才是潜在生物标志物的重要来源。因此，对血浆中的低丰度蛋白进行准确检测是开发标志物首先要解决的问题。
图10 血液生物标志物丰度分布
作为国内领先的蛋白质组学诊疗标志物创新平台，k8凯发官网致力于提高血浆蛋白质组检测深度，将自主研发的血浆低丰度富集磁珠试剂盒、全流程自动化前处理机器人和高通量tims TOF HT质谱仪结合，克服血浆样本复杂性高和低丰度蛋白检测深度低的难题，实现了血浆蛋白质组7000+的检测深度，为血浆蛋白质标志物开发奠定了基础。
随着检测技术的成熟，针对血浆蛋白的研究日渐深入，丰富的血浆蛋白质组数据与来自大型人群队列的其他层次信息相结合，可以获得有关疾病、衰老过程以及疾病风险预测的新见解。2024年9月26日发表在Science期刊上的综述文章对基于血液样本的高通量蛋白质组学的应用方向进行了展望[7]。其应用方向包括诊断标志物，疾病风险预测，遗传与健康，衰老和药物靶点发现等。
相关学术论文年发表量的不断增长可以直接表明科研界越来越重视血浆蛋白组的价值。在生命科学权威文献数据库Pubmed上搜索关键词“blood proteomics（血液蛋白组）”，可以观察到每年发表的相关文献增长飞快（见图12）：从1996年第一篇文章发表到年发表量突破1000篇用了13年（1996-2009）、从年发表1000篇至年发表2000篇用了9年（2009-2018）、从年发表2000篇至3000篇只用了6年（2018-2024），预计很快相关文章将达到年发表4000篇的水平。
图12：Pubmed搜索“Blood Proteomics”的文献发表量
我国近年也越来越重视临床蛋白组学的研究，最直接的体现就是“创建蛋白质组学体系”入选了2024年中国医学科学院发布的《中国21世纪重要医学成就》（见图13）。这一殊荣是对贺福初院士以及他所领导的国家蛋白质科学中心（北京）过去20多年在蛋白质组学技术以及临床应用方面工作的极大肯定。
2022年，贺福初院士正式发起“人体蛋白质组导航国际大科学计划”（简称“π-HuB计划”）。 “π-HuB计划”旨在探索人体构成原理与演变规律，揭示人体生殖、发育、衰老、膳食营养、环境适应及重大疾病等发生发展机制，打造针对人体蛋白质组“宇宙”的导航系统，创制人体全生命周期的精准防控诊治康养新策略。据悉，“π-HuB计划”于2020年成为生物医药领域的国家大科学计划培育项目，同年11月在广州启动培育。2022年12月，我国科学家正式向全球科学界发起合作倡议。
2025年1月，“π-HuB计划”当选2024年中国“十大科技新闻事件”（见图14），足见国家对于该计划的认可和重视，血液蛋白组作为该计划的重要一环，将获得更多的资源投入，预计我国科学家和临床专家将在该领域取得更多的科研突破和临床应用。
图14：“π-HuB计划”当选2024中国“十大科技新闻事件”
血浆蛋白质组学发展不仅需要技术的推动，更是临床刚需、科学突破与政策协同的共振。每年超300万癌症患者因晚期才发现错过最佳治疗期，而阿尔茨海默症在确诊时神经元损伤已不可逆——传统检测技术对早期病变的“不敏感”，正成为精准医疗的最大痛点。而血浆蛋白质组学的突破，让临床看到了曙光：通过质谱技术，仅需1管血即可检测7000+种蛋白质，捕捉到肿瘤、心血管疾病等释放的“分子信号”。未来十年，属于“蛋白质组学+AI”的时代，血浆蛋白质组学组学的发展终将推动精准医疗发展，让“治未病”成为现实。
参考文献
1. The Freedonia Group, In Vitro Diagnostics in the U.S, Vol. 59 (2011)
2. Niska R, Bhuiya F & Xu J National hospital ambulatory medical care survey: 2007 emergency department summary. National Health Statistics Report, pp. 1–31 (2010)
3. 德勤《中国免疫诊断市场现状与未来展望》
4. Philipp E Geyer1,2, Lesca M Holdt3, Daniel Teupser3 & Matthias Mann：Revisiting biomarker discovery by plasma proteomics
5. 杭州景杰生物招股说明书
6. 瑞博奥（广州）生物招股说明书
7. Eric J T J S. The revolution in high-throughput proteomics and AI [J]. 2024, 385(6716).
