生物標志物是指人體產(chǎn)生的某些生物分子，與正常狀態(tài)相比，在疾病發(fā)展或藥物治療過程中表達量或受影響的程度不同。開展臨床生物學標志物檢測涉及疾病早期篩查、鑒別診斷、藥物治療監(jiān)測及預后評估等疾病相關的各個環(huán)節(jié)。生物標志物的類型包括蛋白質(zhì)、DNA、RNA 和代謝物等。其中，蛋白質(zhì)生物標志物已經(jīng)在治療和診斷的發(fā)展中發(fā)揮了既定的作用。比如，急性炎癥可以通過測量血液中C反應蛋白的水平來檢測，癌胚抗原（CEA）可以在一些患者中指示結(jié)腸癌的存在。對于一些疾病，如肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS），沒有測試可以提供明確的診斷，并且疾病癥狀與其它神經(jīng)退行性疾病相似，蛋白質(zhì)生物標志物有可能最終為患者提供答案。由于生物體的復雜多樣性，更多的情況下，單一或少量的生物標志物往往無法反映機體的真實狀態(tài)，更準確全面的評估需要結(jié)合更多生物標志物的檢測結(jié)果。
在發(fā)現(xiàn)潛在蛋白生物標志物之后，需要通過靶向蛋白組學定量技術在大生物樣本量中，進行高通量、高準確性、可重復性的檢測，來驗證這些標志物。目前，靶向蛋白定量檢測技術主要包括免疫分析和質(zhì)譜分析。傳統(tǒng)的免疫法如ELISA，存在目標物通量低、靈敏度有限、交叉反應等不足，一些新型免疫檢測平臺則存在成本和技術門檻高、新方法開發(fā)周期長等問題。質(zhì)譜靶向檢測主要包括基于三重四極桿的多反應監(jiān)測（MRM）和平行反應監(jiān)測（PRM）方法。與MRM相比，PRM的優(yōu)勢在于它可以通過單次掃描即可監(jiān)測目標母離子的所有產(chǎn)物離子，無需在數(shù)據(jù)采集之前預先設計母子離子對，簡化了方法開發(fā)工作流程，并且可提高檢測靈敏度。Heil等1在Orbitrap Eclipse質(zhì)譜儀上多次測量126個血漿蛋白中的432個肽，在高分辨率Orbitrap和單位分辨率線性離子阱（LIT）之間交替進行分析，發(fā)現(xiàn)兩種質(zhì)量分析器具有相似的技術精度，并且線性離子阱的優(yōu)越靈敏度使其在超過62%的肽中測得更低的定量下限。
圖1. Orbitrap與LIT PRM檢測對比
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2024年ASMS大會上，賽默飛推出全新產(chǎn)品Thermo Scientific™ Stellar™質(zhì)譜儀。Stellar可通過四極桿和雙壓線性離子阱進行PRM分析；其雙離子阱結(jié)構(gòu)允許同時進行離子積累和碎裂，可提高譜圖采集速率，增加樣本檢測通量；并且可進行MS3采集，克服復雜背景基質(zhì)干擾。
圖2. 傳統(tǒng)三重四極質(zhì)譜計與Stellar質(zhì)譜對比
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下面我們一起來看看Stellar發(fā)布以來在靶向蛋白質(zhì)組學方向的應用研究報道結(jié)果。
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Remes等2對比了血漿基質(zhì)中786條多肽的三重四極桿和Stellar質(zhì)譜靶向定量檢測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)與MRM檢測結(jié)果相比，Stellar PRM檢測的定量下限（LOQ）和檢測下限（LOD）分別提高了~10倍和~2倍，展現(xiàn)出更高的靈敏度。
圖3. MRM和Stellar PRM檢測結(jié)果對比
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Plubell等3利用Orbitrap OE480或Stellar質(zhì)譜建立基質(zhì)樣本GPF-DIA蛋白組學譜圖庫；通過集成在skyline軟件中的PRM Conductor工具優(yōu)化每個precursor的色譜和質(zhì)譜參數(shù)，以及篩選precursor的m/z和相對保留時間；利用引入Adaptive RT功能的Stellar質(zhì)譜儀進行篩選后precursors的PRM檢測，開發(fā)了利用Stellar進行生物液體樣本高通量靶向蛋白檢測的方法（圖4）。在神經(jīng)退行性疾病病人來源的腦脊液樣本中進行基于前期研究和GPF-DIA篩選得到的共101個蛋白（1070個precursors）的PRM檢測，通過Tau、APOE4等明確與AD相關的蛋白檢測結(jié)果驗證了實驗的可信度（圖5）；另外對病人血漿樣本進行直接基于GPF-DIA篩選得到的共723個蛋白（2096個precursors）的PRM檢測，并成功驗證出已報道的PD相關差異（圖6）。
圖4. 通過GPF-DIA建庫和PRM conductor篩選precursors建立Stellar高通量PRM分析方法的工作流程。
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圖5. 腦脊液樣本中神經(jīng)退行性疾病相關蛋白的PRM測定結(jié)果。
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圖6. 建立富集血漿蛋白PRM檢測方法發(fā)現(xiàn)帕金森疾病相關差異。（點擊查看大圖）
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Wahle等4開發(fā)報道了基于Orbitrap Astral的DIA數(shù)據(jù)建立Stellar PRM方法的分析策略（圖7），以及利用15N標記蛋白在Stellar質(zhì)譜上開發(fā)蛋白panel的準確定量方法（圖8），使包括翻譯后修飾和突變在內(nèi)的蛋白質(zhì)形態(tài)的研究成為可能，展示出Stellar在靶向蛋白質(zhì)組學檢測方面的能力和潛力。
圖7. 基于Orbitrap Astral DIA數(shù)據(jù)建立Stellar靶向分析方法
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圖8. 酒精肝panel蛋白15N標記檢測
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小結(jié)
在蛋白質(zhì)組學發(fā)現(xiàn)方面，Orbitrap Astral展示出強大的檢測通量和覆蓋深度，已經(jīng)使開展大規(guī)模的臨床樣本檢測、發(fā)現(xiàn)新的潛在生物學標志物成為可能。但如何有效驗證和確認高分辨質(zhì)譜揭示的成千上萬的候選標志物是目前實現(xiàn)生物標志物臨床轉(zhuǎn)化的難點，讓我們一起期待Stellar質(zhì)譜在這一領域的精彩表現(xiàn)。
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