血液蛋白组学研究|Nano Today(IF18.962)拜谱生物DB3000带您深入了解纳米颗粒富集技术

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血液是人体最大、最易获取的体液库,含有丰富的生物信息,蛋白质种类超过10000种。血液中蛋白浓度分布差异大,如何摆脱高浓度蛋白的掩蔽作用,从而发现血液中的新型生物标志物成为日益关注的问题。

2020年,曼彻斯特大学Kostas Kostarelos教授团队在Nano Today(IF=18.962)上发表了一篇名为“Nano-scavengers for blood biomarker discovery in ovarian carcinoma”的文章,提出了一种用纳米颗粒(NP)研究血浆蛋白质组的工作流程,解决了血液中低丰富蛋白的富集问题,为进一步发现和验证用于疾病诊断和监测的新型生物标志物提供了新思路。无独有偶,拜谱生物DB3000(深层血液4D-DIA蛋白组,Deep Blood Proteome by 4D-DIA采用创新纳米磁珠富集技术,单针鉴定深度高达3000可深度挖掘血液中低丰度蛋白标志物。接下来,就来看看纳米颗粒在血液蛋白组学中的作用吧。

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中文题目:脂质纳米颗粒在卵巢癌血液生物标志物发现中的应用

发表期刊:nano today

发表时间:2020年

影响因子:18.962

技术方法:血液蛋白质组学

样本类型:晚期卵巢癌患者和健康捐赠者的血浆样本


       

       


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研究结果


1.从卵巢癌患者和健康供体血浆样品中回收和纯化脂质体蛋白冠

为了评估NP蛋白冠技术作为生物标记物发现工具的潜力,研究者全面比较了Caelyx®脂质体、健康捐赠者和卵巢癌患者血浆样本形成的蛋白冠。结果显示,在与血浆样品孵育和纯化前后观察到分散良好的脂质体混悬液。透射电子显微镜显示,Caelyx®脂质体保持了原本的大小和球形结构,而附着在其表面的蛋白质表明形成了蛋白冠(图1 B)。定量结果比较显示,卵巢癌患者的平均Pb值比健康对照组的平均Pb值高4倍(图1 C)。凝胶电泳实验显示,即使在低相对分子质量区域也观察到了清晰的蛋白质条带,证明NP技术能够最大限度地减少白蛋白等高丰度蛋白的影响,并能够检测出低丰度蛋白(图1 D)。

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图1
2.健康组和疾病组蛋白冠的蛋白质组学比较
为了评估吸附在NPs表面蛋白质数量的波动是否可以用来指示疾病的发生或监测疾病的进展以及对治疗的反应,研究者全面比较“健康”和“患病”组蛋白冠的蛋白质组学。LC-MS/MS分析表明,在鉴定的1187个蛋白质中,筛选出413个差异蛋白,其中171个上调,242个下调(图2 A、B)。此外,在上述413个差异蛋白中,大多数差异蛋白表现出比临床生物标志物更高的FC值和更高的统计意义。

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图2

IPA分析显示,335个蛋白与实体肿瘤途径有关,60个蛋白与转移过程有关。在这项研究中发现的413个差异蛋白中,文献记载与卵巢癌有关的蛋白有72个,其中57个蛋白被认为与卵巢癌途径有关,有15个被认为是卵巢癌的潜在生物标记物(图3)。

这些结果表明,对NPs蛋白冠的分析可以揭示以前未曾报道过的潜在生物标志物。

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图3
3.纳米颗粒蛋白冠技术的验证
使用ELISA试剂盒验证观察到的差异。选择验证和比较三组蛋白质:(A)临床使用的卵巢癌生物标志物(CA125、APOA1和TTR),(B)IPA分析与卵巢癌途径相关的蛋白质(THBS1、ENO1和TGF-b1)和(C)以前未发现与卵巢癌途径相关但具有显著差异的蛋白质(NME1、PDIA4和PRKCSH)(图4)。

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图4

通过ELISA实验计算的选定蛋白质的血浆浓度分布及其各自的ROC曲线。结果表明,ELISA数据与LC-MS/MS分析结果一致,在卵巢癌患者中,CA125、THBS1、ENO1、TGF-β1、NME1、PDIA4和PRKCSH蛋白表达上调,表明NPs蛋白冠可直接反映出血浆蛋白质组的变化;并且由ROC分析得出,与临床使用的生物标志物相比,第二组蛋白显示出更高的特异性和敏感性(图5)。

上述验证实验证明体外蛋白冠蛋白质组可以增加血浆蛋白质组研究的深度,并有可能发现潜在的生物标志物。

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图5

总结

综上所述,该研究使用脂质纳米颗粒富集血液中低丰度蛋白,经过蛋白质组学以及ELISA实验表明NPs与血浆样本形成的蛋白冠可以反映肿瘤发生时血液蛋白质组的浓度波动,表现出在识别新的潜在生物标记蛋白方面的潜力,可在临床上用作发现和验证疾病诊断和监测的新型生物标志物。

技术学习

纳米颗粒与生物体液(如血浆)接触后,能够吸附体液中的蛋白质使其包裹在NP上,形成“蛋白冠”。蛋白冠的组成和数量不受蛋白浓度的影响,而是由NP的大小、形状、材料、电荷等理化性质决定的。通过筛选和优化不同理化特征的NP,使其对中低丰度蛋白具有稳定的高亲和力、对高丰度蛋白具有稳定的低亲和力,最终实现中低丰度蛋白的富集。

基于纳米颗粒富集原理,拜谱生物DB3000(深层血液4D-DIA蛋白组,Deep Blood Proteome by 4D-DIA)采用创新富集技术+DIA全息扫描+timsTOF Pro四维检测+最权威SwissProt数据库,检测范围更广,检测蛋白数目更多,深度挖掘血液中低丰度蛋白标志物,打造血液蛋白组分析利器。

参考文献:Hadjidemetriou, M., Kostarelos, K. (2020). Nano-scavengers for blood biomarker discovery in ovarian carcinoma. Nano Today, 34, 100901.

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