血浆蛋白质组学技术大比拼

血浆是含有多种分子，包括蛋白质、核酸、脂质、小分子代谢物和电解质。这些分子中的许多对于维持体内的各种生理过程是必不可少的，它们浓度的变化可以预示或引发潜在的健康问题，这使得血浆成为发现生物标志物或疾病治疗靶点的宝贵资源。其中蛋白质在生物过程和疾病机制中发挥着重要作用，蛋白质经常成为健康和疾病状态的关键指标，分析血浆蛋白水平以及遗传和表型信息可以创建一个全面的图像，增强我们对健康状况的理解。

血浆作为诊断样本的优势

● 容易收集

● 采集成本低廉

● 微创，患者对该方法的耐受性良好

血浆蛋白质组作为生物标志物来源的缺点

● 血液中存在高丰度蛋白：血浆中排名前20的蛋白占据了全部蛋白含量的99%左右，其中排名第一的血清白蛋白 (HSA)，约占据了全部蛋白含量的50%。

●血液蛋白质含量的数量级跨度更大： 动态范围跨越10个数量级

血浆蛋白质组学检测技术

目前，主要有两种方法用于分析血浆蛋白：基于亲和力的技术和基于质谱（MS）的方法。基于亲和力的平台这主要包括SomaLogic、Olink以及抗体芯片，分别使用结合探针、适配体或抗体来检测蛋白质。相比之下，质谱方法受高丰度蛋白质的影响较大。为了应对动态范围的挑战，样本的预处理可以采用去除高丰度蛋白质、通过微球或纳米颗粒进行蛋白质富集等。

实验设计

该实验采用包含78例的志愿者的队列，男女比例为1:1，其中包括40个老年人（55-65岁）和38个年轻人（18-22岁）。血浆样品通过血浆置换法收集，并使用7个蛋白质组学平台进行分析，如图1所示。为了清楚起见，我们将把Olink Explore 3072和Olink Explore HT分别称为Olink 3K和Olink 5K。同样，MS-based工作流程将被指定为MS-Nanoparticle (Seer Proteograph™XT), MS-HAP Depletion （Biognosys TrueDiscovery™平台使用高丰度蛋白质耗尽）和MS-IS Targeted （SureQuant™内部标准触发-平行反应监测）。SomaLogic 11K包括11083项分析，其中10776项人类蛋白质分析针对9852种独特蛋白质，对应9645种不同的UniProt id。SomaLogic 7K包括7,596项分析，其中7,288项人类蛋白质分析针对6,467种独特蛋白质，对应6,401种不同的UniProt id。Olink 5K和3K检测分别针对5,416和2,925种独特的人类蛋白。

各项指标对比结果

●鉴定量

所有七项检测中，共鉴定出13007个血浆蛋白质， SomaScan 11K和SomaScan 7K平台分别检测到9645个和6401个蛋白质。MS-Nanoparticle 5,943个，MS-HAP Depletion 3,575个，MS-IS Targeted 551个，分别定量68,527,42,581和766个肽段。与Olink和MS平台相比，SomaLogic平台贡献了最多的特异性蛋白，其中SomaScan 11K鉴定了3,610种专属蛋白，SomaScan 7K鉴定了1,957种专属蛋白。MS-Nanoparticle平台贡献了1036个专属蛋白。

●变异系数（CV）

SomaScan 11K和7K的中位数cv分别为5.3%和5.8%，这表明在最新版本的SomaScan中增加了3000多种检测并没有影响平台的出色精度。相比之下，Olink 5K的中位CV是Olink 3K的两倍多，分别为26.8%和11.4%。对于基于质谱的平台（非靶向），cv高于SomaScan 11K， SomaScan 7K和Olink 3K， MS-Nanoparticle的中位cv为26.4%，MS-HAP Depletion的中位cv为29.8%。与发现的质谱平台相比，MS-Targeted的中位CV为8.3%。

在不同的蛋白质组学方法中，技术CV和生物CV之间的差距差异很大。对于两种SomaScan平台，Olink 3K和MS-Targeted，技术变异对生物变异几乎没有干扰，而对于两种MS发现方法和Olink 5K，技术变异占观察到的总变异的比例要大得多。

●定量准确性

对于基于亲和探针的平台SomaScan和Olink，通过将混合血浆样品稀释3倍和9倍，并检查测量的蛋白质信号的线性度，进行了简单的线性度评估。97%的SomaScan检测（7K和11K）在其线性范围内检测到正常血浆蛋白水平（r > 0.9），而相同的测量结果在Olink 5K平台的检测中发现为42%。将分析限制在所有3种稀释度均高于eLOD的分析中，我们发现高比例的Olink分析也显示出线性行为（85%的分析为r > 0.9）。

●数据完整性

SomaLogic具有最高的数据完整性，在所有78个样本中，SomaScan 11K和7K分别显示96.2%和95.8%的完整性。Olink 3K平台的完整性为60.3%，MS-HAP Depletion平台的完整性为53.6%。Olink 3K平台的完整性为60.3%，MS-HAP Depletion平台的完整性为53.6%。值得注意的是，最新版本的Olink平台5K的数据完整性明显低于之前3K版本的60.3%，仅为35.9%。

●蛋白质定量的动态范围

我们根据来自人类蛋白质组图谱（HPA）的大约4,392个血浆蛋白的估计浓度绘制了它们的分布，从而将每个平台中鉴定的蛋白质丰度可视化。所有平台都能在很宽的浓度范围内（105 - 10-2 ng/mL）鉴定分析物，并且每个平台和HPA之间重叠的蛋白质的浓度分布惊人地相似。

●平台间共享蛋白的相关性

Somascan11K和MS-Nanoparticle之间蛋白组间技术最大的重叠是3978个蛋白，其次是Somascan11K和Olink 5K之间的3720个蛋白。

如何选择合适的技术进行血浆标志物的发现研究

1. 定量蛋白质数量：SomaScan 11K ＞ SomaScan 7K ≈ MS-Nanoparticle ＞ Olink 5K ＞ MS-HAP Depletion ＞ Olink 3K

2. 数据重复性：SomaScan 11K ≈ SomaScan 7K ＞ Olink 3K ＞ MS-Nanoparticle ≈ Olink 5K ≈ Olink 3K

3. 成本：MS-Nanoparticle ＜ MS-HAP Depletion ＜ SomaScan ≈ Olink

4. 发现潜在新蛋白：MS-Nanoparticle ＜ MS-HAP Depletion

蛋白质分析技术的最新进展大大提高了我们了解血浆蛋白质组的能力。SomaScan的蛋白质组覆盖范围已从2009年的约800次检测扩大到2025年初的11,000次检测。同样，随着Olink Explore HT的引入，Olink将检测数量从大约15年前的不足1000项增加到5400多项。同时，质谱法也取得了显著进展，提高了样品通量、定量，增加了血浆蛋白质组学的覆盖深度。这些进步促进了全面血浆蛋白质组分析的强大、自动化和可扩展工作流程的发展。

以上结果来自2025年2月14日Alkahest Inc.的Sara Ahadi团队发表在bioRxiv的名为“The Current Landscape of Plasma Proteomics: Technical Advances,Biological Insights, and Biomarker Discovery”研究。