解码蛋白质组学 揭开生命的奥秘

干思思

随着人类基因组计划帷幕的落下，后基因组时代正式登上了时代的广阔舞台，研究这些基因的表达和调控成为首要任务，在这一背景下，蛋白质组学的研究成为21世纪生命科学的战略任务。

事实上，蛋白质组学是一门大规模、高通量、系统化地研究某一类型细胞、组织或体液中的所有蛋白质组成及其功能的新兴学科。“与基因检测不同，蛋白质因为不能扩增，很多表达量低的蛋白质，在蛋白质组学平台里是无法被看到的。而无法看到它们就无法进行后续的研究工作。”复旦大学生物医学研究院研究员周峰说。

为了突破这一局限，周峰团队通过多年的研究创新，建立了超高灵敏度蛋白质组学平台。通过这一平台，研究人员可以看到通过通常的蛋白质组学手段无法看到的一些低表达量蛋白，其高灵敏度及高覆盖率，能够为解决目前在疾病发病机制中所遇到的困难提供行之有效的解决方案，从而开展后续研究。在这一平台及相关科研技术的支撑下，他们在传染性疾病、传染疾病干预手段研究、生物医学大数据研究等方面开展了一系列探索，并主持和参与了多项国家和省部级项目。迄今为止，周峰以通讯作者或第一作者在包括《细胞》（Cell）、《自然·细胞生物学》（Nature Cell Biology）、《自然·微生物学》（Nature Microbiology）等国内外学术刊物上发表论文十余篇，在国内外研究领域内产生了广泛影响。

从复旦到哈佛，走进蛋白质组学世界

人类基因组计划由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动。按照这个计划的设想，在2005年，要把人体内约2.5万个基因密码全部解开，同时绘制出人类基因的图谱。在这一计划的盛行时期，周峰还是一名在复旦大学化学系就读的普通大学生，那时候他就阅读并收听了许多有关人类基因组计划的报告，并在这些报告中了解到：虽然人类现在把基因数据给测试出来了，但是如何对其进行解读，仍是当时科研界亟待解决的问题。

“基因是遗传物质，但蛋白质才是生命活动的体现者和直接执行者。”这是当时分子生物学界的科学家们的普遍共识。在这一背景之下，后基因组时代悄然来临，在后基因组时代，最重要的工作就是弄清基因的全部蛋白质产物及其结构和功能。彼时正在攻读硕士学位的周峰，首次接触到了蛋白质组学的研究，并对这一领域有了更加深刻的理解，决心投身于此开展相关工作。

“蛋白质检测一直是困扰蛋白质组学研究的关键问题。但是，多年来低灵敏度蛋白检测困难问题，一直未曾得到解决。”周峰说。为了开阔自己的科研视野，在这一领域做出更多的突破成果，2007年7月，周峰前往美国哈佛医学院从事博士后研究工作。在这一时期，他将主要研究方向放在超高灵敏度蛋白质组学研究上，通过7年的探索与实践，最终顺利建立了超高灵敏度蛋白质组学平台。这一平台，不仅能够对由基因检测所能发现的靶点进行进一步分析，检验那些基因层面发生的变化是否也在蛋白质的层面得到验证，还能为进一步利用功能学实验验证研究人员所发现的疾病的分子发病机制提供不可或缺的信息。依托于这一研究平台，周峰开始了在蛋白质组学相关研究中的进一步研究开拓。

回国效力，基因转录调控新突破

“将自己多年的科研积累回报给祖国的科研事业”是多年来一直萦绕在周峰心头的愿望。2014年8月，他回到自己的母校复旦大学生物医学研究院开始了新一轮的科研征程，在超高灵敏度蛋白质组学平台的支撑下，开展创新性探索。

随着功能基因组学的飞速发展，对调控基因表达的顺式和反式作用元件进行系统研究成为当前亟须填补的领域空白。人体有非常多的细胞，比如皮肤细胞、血液细胞、免疫细胞等，而这些细胞之所以能够成为特殊类型的细胞，则是因为其自身具有决定这些细胞功能命运的转录因子。但是，在这一过程中，最终决定这些基因打开和关闭的关键因子仍是蛋白质。究竟哪些蛋白质参与了一些关键性基因的打开和关闭呢？这一问题，引起了周峰及其科研团队的强烈关注。

面对这一领域内多年悬而未决的科研问题，周峰及其科研团队展开了一系列探索。但研究道路并不是一帆风顺的。“其实载有人类庞大遗传信息的基因组，是一部由30亿个碱基对排列组合而成的‘天书。而控制基因激活或者静默的碱基对，可能只有几百到几千个，如要从30亿碱基对里边将其鉴别且精准定位出来，难度极其之大。除此之外，基因转录还与细胞周期相关，每5～10个细胞中，可能只有一个细胞正在进行某一个基因的转录，蛋白量极低，导致检测难度很大。”周峰介绍说。

虽然困难重重，但周峰团队并未放弃探索。功夫不负有心人，2017年，周峰与西南医学中心徐剑教授以共同通讯作者在《細胞》（Cell）杂志上发表了以“利用生物素化的dCAS9蛋白在原位捕获染色体的相互作用（In Situ capture of chromatin interactions by biotinylated dCAS9）”为题的文章，首次利用了生物素化的dCAS9蛋白（biotinylated dCAS9）的方法建立了高分辨率、位点特异原位DNA-蛋白质以及其他元件的互作网络。这项工作是表观和基因转录调控领域的重大技术进展，一定程度上解决了困扰领域几十年的技术瓶颈问题，第一次让领域专家看到解决这一技术瓶颈的希望。值得一提的是，此次研究建立的“CAPTURE方法”可以针对感兴趣的基因位点进行全面挖掘，在原位发现对DNA的转录起到重要调控作用的蛋白质及其他元件，这种3D互作组学手段有助于科研人员今后就调控元件与疾病和发育的关系做进一步深入研究。

潜心科研，助力艾滋病全新药物开发

一直以来，周峰都有着属于自己的科研理念。在他看来，任何科研成果都是在一定的积淀下产生的。而其中的关键在于，科研人员是否有足够的视野洞悉到他人未曾想到的科研方法来实现自己的研究设想，这一切都需要时间，以及不断探索的支撑与加持，绝非一蹴而就的。如今，周峰已建立了5～6个人的研究团队。在研究中，周峰十分注重与其他学科团队的交叉合作，并十分关注各个领域的最新科研进展，从中挖掘出不一样的科研思路，以此开展后续研究。

不断创新前行的科研信念及多年的研究锤炼，让周峰在科研方面结下了丰硕的果实。2019年3月，他与清华大学药学院谭旭课题组、美国乔治梅森大学吴云涛课题组合作，通过高灵敏度深度覆盖蛋白质谱技术和病毒学研究发现人类细胞中的一种新型抗艾滋病毒蛋白PSGL-1，更是引起了国内外的强烈关注。

艾滋病是一种危害性极大的传染病。这一疾病自20世纪80年代就已被定义，并一直被研究到现在。“其实，在艾滋病的研究中，面临着一个非常严峻的挑战，即目前几乎所有针对艾滋病治疗的药物都是针对艾滋病自身所表达出来的蛋白质所展开的。众所周知，艾滋病是因为感染艾滋病毒引起，而艾滋病毒属于高度变异的病毒，其新的病毒变种诞生之后，会使很多常规药物失去效果。”周峰说。

通过高灵敏度蛋白质组学，周峰与合作者们首次发现并证实了PSGL-1是一个具有全新抗病毒机制的抗艾滋病毒蛋白，证实了艾滋病毒确实能够通过病毒蛋白u（Vpu）招募泛素酶复合物来降解PSGL-1以逃逸人体的天然免疫系统。抑制Vpu对PSGL-1的拮抗有望成为抗艾滋病毒药物开发的新方向。相关研究发表在微生物领域权威期刊《自然·微生物学》（Nature Microbiology）上，引起了国内外科研界的广泛关注。

从20世纪90年代接触到蛋白质组学研究，周峰在这一领域研究中始终保持着最初的赤诚，并迈出了关键而坚实的脚步。今后，在超高灵敏度蛋白质组学平台的支撑下，他还将引领团队研究发现更多疾病的早期诊断标志和制药靶点，研发出可以真正落地的药物，为蛋白质组学研究致力于医学科学和生命科学事业的发展作出自己的贡献，使研究更好地造福于社会大众。

（责编：张闻）