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蛋白质芯片-未来临床诊断的缩影

生物技术 时间:2020-09-10 10:55:30 作者:莫敖坤
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编者按:随着生命科学研究的不断深入,作为蛋白质组学重要研究工具、以高通量着称的蛋白质芯片发挥了越来越重要的作用。到底蛋白质芯片包含哪些内容,其发展趋势如何呢?

广州博翀生物科技有限公司市场总监李阳长期从事生物芯片、蛋白质芯片的研发和应用开发工作。日前,生物谷有幸采访到了李总,请他分享了对蛋白质芯片领域未来前景的看法。

生物谷:李阳博士您好!据了解您从08年开始从事生物芯片的研究工作,能简单介绍一下您的研究经历吗?为何会选择蛋白质芯片这一领域?

李阳:对,我08年到上海交通大学陶生策教授读书,开始接触蛋白质芯片。陶老师应该是中国蛋白质芯片领域做得最好的专家。我开始做了一个多重PCR的芯片,可以在一个反应中同时进行100个PCR 反应,后来参与了一部分结核分枝杆菌蛋白质组芯片的构建,该芯片是世界上唯一的一个基于重组蛋白的结核杆菌的芯片,包含4,000个重组蛋白,影响很大。后来我到艾比玛特公司做抗体芯片,建立了超高通量的抗体芯片平台,还做了一些疾病样本的检测的应用开发。蛋白质芯片是一个比较新的技术领域,当时觉得这个技术很酷,就来学了,后来是因为兴趣,它的优势很明显,将来在蛋白质组学和疾病检测方面一定有很广泛的应用。

生物谷:我们知道博翀生物主要从事蛋白质芯片的产品和技术服务,那么什么是蛋白质芯片?包含哪些类别?又有哪些应用?蛋白质芯片目前在国内外的发展现状是怎样的?

李阳:蛋白质芯片,更确切是叫法是蛋白质微阵列,它的概念其实非常简单,就是把多个蛋白质以阵列的形式固定在基片上。它的核心还是蛋白质本身,只是实现了多个蛋白质同时检测(高通量),因此,效率调高了,工作减少了,用得样本也减少了,一次实验获得的数据增多了。我的导师陶生策教授曾经总结蛋白质芯片,最关键的就一个词就是“addressable”,可寻址,即对每个蛋白质打上一个位置标签,这样就能相互之间分辨,我想这就是理解蛋白质芯片最核心的一点。既然蛋白质芯片的本质还是蛋白,所以它的种类也是按照蛋白分类的,常见的有这几种:第一种是抗体芯片,用来检测样本中的抗原,现在市面上常见的细胞因子抗体芯片、磷酸化抗体芯片;第二种是重组蛋白质芯片,这是我们公司主要的产品。我们有一款结核分枝杆菌的蛋白质芯片,一张芯片上涵盖了所有的结核杆菌的蛋白质,一共4000多个,这是陶老师实验室开发的。我们还有一款人类蛋白质组芯片,HuProt, 包含了近20,000个人的蛋白质,这是世界上最高通量的蛋白质芯片,是约翰霍普金斯大学的朱衡教授开发的。这类芯片用途很广泛,就相当于你有20,000个蛋白质,想象一下,可以做各种各样的应用,举个例子,你可以通过一张芯片,检测这20,000个蛋白质中哪些可以和你感兴趣的目标蛋白有相互作用,做机制研究,也就是蛋白-蛋白互作,还可以用于DNA/RNA-蛋白互作,小分子靶标发现等。去年陈竺院士和陶老师合作在PNAS上发了篇文章,主要研究砷剂的抗肿瘤作用,用的就是这款芯片;它还可以用来发现肿瘤的血清标志物,还可以用来评价单克隆抗体的特异性,等等;第三种就是凝集素芯片,它是研究糖生物学一个非常有用的工具。我们的凝集素芯片经过优化,包含56个凝集素,可以检测糖蛋白或者体液,比如血清,唾液中蛋白的糖修饰,最酷的是,我们可以做活细胞表面糖修饰的研究。

对于蛋白质组芯片,主要在于蛋白质库本身,做得最高通量的就是我刚才讲的约翰霍普金斯朱衡教授的人类蛋白质组芯片,国内我们有结核分枝杆菌的蛋白质组芯片,技术上没有多大的差距。从商业化角度,国外,尤其是美国已经形成了产业,比我们要走得靠前。我们主要立足国内的科研市场,汇总国内外比较好的蛋白质芯片产品,万里长征迈出了第一步,相信将来会迎来一个爆发期。

生物谷:您刚才讲到人类蛋白质芯片可以用来做肿瘤标志物研究,具体是什么样的标志物?是做诊断用的吗?

李阳:是的。我们知道,肿瘤的早期诊断是非常重要,而目前的早期诊断标志物大多数其实非常不好用,AFP和PSA算是很好的,所以,整体来讲,肿瘤早期诊断标志物还处于发现阶段。另外,血清里的信息非常丰富,而且血清是临床检验中最好的样本,因此很多标志物的寻找都基于血清,比如CTC,CTDNA,microRNA,外泌体等等,除此之外还有一种非常重要的分子,就是抗体。肿瘤发生过程中,人体会产生免疫响应,其中一个结果就是在血液种产生了针对肿瘤异常变化的抗体,这个作为肿瘤诊断的价值已经被阐述的非常清楚了,尤其是可以作为早期诊断,可提前临床症状1-5年被发现。目前,它的诊断价值逐渐被开发,比如用于肺癌诊断的商业化产品EarlyCDT在欧美广泛使用,还有我国上海肺科医院的周彩存教授团队开发的7个自身抗体检测试剂盒已经获得CFDA批准;乳腺癌诊断也有一个产品,Videssa Breast,也已经在美国上市。自身抗体作为早期诊断指标优点是特异性比较好,但是灵敏度偏低,主要是由于个体差异和肿瘤的异质性造成的,所以普遍采取的方式是做一个Panel,多个自身抗体联合诊断,这样灵敏度就上去了。实际上,检测抗体比较难,质谱和测序都不适用,主要的方法有SEREX,SERPA等,但是由于技术本身的限制,难以涵盖所有的潜在的标志物,而我们的人类蛋白质芯片天生可以作为最高通量的抗原芯片来系统性检测血清的自身抗体,这个优势是不言而喻的,因此,它在肿瘤早期诊断、预后评估标志物的发现方面有很广泛的应用,当然,除了肿瘤,自身免疫性疾病以及具有自身免疫性疾病特征的其它疾病,比如糖尿病,老年痴呆症等疾病,都是一个很有效的标志物筛选的工具。还有一点很重要但会被很多人忽视,在进行标志物筛选的过程中,需要大量样本的统计学评价,才能建立有效的Panel,而这需要非常标准的操作平台,这个工作只能放在公司做,在实验室小规模做一做很难获得确切的结论。

生物谷:这个还是停留在研发阶段,蛋白质芯片是否可以应用到临床?您对蛋白质芯片未来发展的方向是怎么看的?

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