2003年,人类基因组计划宣布完成后,生命科学的研究重心从揭示生命的遗传信息转移到了整体水平上功能的研究。蛋白质是生理功能的执行者,因此,对蛋白质功能的研究成为前沿热点,与基因组学相对应,蛋白质组学的概念在1994年的第一届锡耶纳会议上,由Marc Wilkins和他的导师Keith Williams提出,并开始得到广泛应用。

在上世纪80年代末90年代初,就已经有了蛋白质分析和表达谱鉴定技术^{[ 1, 2]}在各个领域的应用研究,在蛋白质组学概念提出之后,各种关于蛋白质样本制备技术、鉴定技术、定量蛋白质组学技术、蛋白成像技术等发展迅猛,一些新兴学科和其他领域的技术方法也在蛋白质组学研究中得到深入应用,如生物信息学技术、芯片技术等。

输血医学在最近数十年也得到长足发展,成为一门独立临床学科,其发展进程得益于各种新技术、新方法在输血领域的普及应用。尽管在血型鉴定及基因分型、血液制品安全、输血性疾病的筛查等方面都已经取得较好的进展,但由于血液成分的多样性和复杂性以及输血免疫的复杂性,尚有很多问题未能得到很好的解决,一些未知的领域也需要采用新的手段和方法来探索,蛋白质组学技术为我们提供了一条新的途径^{[ 3]}。

临床上常用血液制品主要有 3 种, 包括红细胞浓缩物、血小板浓缩物和血浆蛋白制品, 粒细胞的采集则相对较少,主要用于粒细胞缺乏症的患者以预防感染性并发症。近年来, 输血医学的概念还拓展涵盖了造血干细胞的自体和异体移植。蛋白质组学技术的出现为输血医学研究提供了新的视野以及新的研究平台和手段, 并已取得了一系列令人瞩目的进展。

蛋白质组学在发展过程中,首先就是从血浆开始着手。其主要原因在于最开始,人们尝试通过血浆蛋白质组学研究找寻潜在的疾病标志物^{[ 4]}。在样本制备方面,血浆也具有独特的优势。

尽管血浆蛋白质组研究进展飞速,并取得广泛应用和巨大成果,然而在很长一段时间,血浆蛋白质组学的研究并未应用到输血领域。最初蛋白质组学技术在血液衍生品治疗方面的应用,是在2006年由Brigulla等^{[ 5]}通过双向凝胶电泳以及质谱技术测定血浆凝血酶原复合浓缩物与常规血浆质谱蛋白质组学的差异,利用蛋白质组学技术来评价凝血酶原复合物在输血治疗方面的应用价值。通过该研究发现了40种不同的蛋白质,其中一些可能是参与凝血因子浓度调控的潜在修饰蛋白。随后,Clifton等^{[ 6]}采用比较串联质谱的方法对3种不同商业应用的Ⅷ因子/血管性血友病因子(vWF)进行了蛋白质组学研究。在不同产品之间,发现其中除了主要成分之外,发现了一些其他具有明显差异的血浆蛋白成分,如凝血酶原等添加物。对同一产品不同批次之间的差异的研究,显示出蛋白组学技术在质量控制方面的应用价值。同样是该研究小组,在2010年,采用蛋白质组学技术对Ⅸ因子分离全过程进行监控和评价^{[ 7]}。针对不同阶段可能残留的大分子蛋白,利用液相串联质谱(LC-MS)技术检测其残留量,用于目标蛋白的快速鉴定、生产流程优化等。更进一步的研究,各种血浆补体因子、簇连蛋白等多种成分相继得到确认。采用常规方法检测血浆凝血因子,常常用活性来表示其浓度,由于蛋白质组学研究检测的是蛋白量,因此,也可以用来评估不具活性的凝血因子含量^{[ 5]}。尽管目前在输血领域仅有少量的蛋白质组方面的研究,但是通过这些研究,可能找出一些潜在的修饰过的凝血因子或其他低含量物质,而往往这些物质的存在在输血过程中很可能会影响血制品的免疫原性,从而产生输血反应。

2002年国际人类蛋白质组组织( human proteome organization, HUPO) 将血浆蛋白质组作为首期执行计划以来,到目前为止,应用于输血治疗目的的研究还非常少^{[ 8]},较为突出的研究是用来评价不同储存条件和时间下,新鲜冰冻血浆各种凝血因子水平和活性的研究^{[ 9, 10, 11]}。在不同方式处理的血液制品中,很可能存在一些蛋白质修饰,这些改变是否对于血制品输注产生影响,有待评价。而这些修饰后蛋白,很难用常规技术进行鉴定,蛋白质组学则显示出其优势。在亚甲蓝处理血浆中,就显示出了γ纤维蛋白原、 视黄醇携带蛋白、 载脂蛋白 AI等发生翻译后修饰现象^{[ 12]},而在相关研究中也发现,含溶媒和去污剂的混合血浆中,利用蛋白质组技术发现了α1抗胰蛋白酶、α1抗胰凝乳蛋白酶以及α2抗纤维蛋白溶解酶的改变^{[ 8]}。这些研究提示,在进行血液制品去病原体技术开发以及应用时,可能需要考虑到蛋白组学方面的改变。

蛋白质组学的研究在一些红细胞疾病如镰刀形红细胞贫血中已经得到广泛且成功的应用,对于红细胞储存损伤的体外蛋白质组研究也已经开展。红细胞储存损伤通常通过ATP、2,3-二磷酸甘油酸(2,3-DPG)、细胞形态和携氧能力等进行评价,而在蛋白质组学进入该研究领域后,对于损伤机制有了更加深入的了解。Anniss等^{[ 13]}比较了去白和保留白细胞的不同红细胞悬液上清蛋白质组,Bosman^{[ 14]}对红细胞体内和体外衰老过程中蛋白质组学变化进行了比较,而在红细胞保存损伤研究中,蛋白质组学技术还应用到了细胞膜、囊泡、微粒等研究^{[ 15, 16, 17]}。对蛋白质结构变化的更深入研究表明,细胞损伤很可能是由于引发了识别衰老细胞的抗体的自然产生^{[ 18]},红细胞储存过程中产生的变化可能较之前想象的要精密且复杂得多。蛋白质组研究显示,随着时间推移,一些具有生理学功能蛋白开始降解,与此同时,一些蛋白则在细胞中的定位发生改变,这种变化可能也与细胞损伤、衰老或死亡相关,迄今已发现一些应激蛋白、蛋白酶体及伴侣蛋白在红细胞保存期间发生显著变化。蛋白质组技术也被应用于衰老细胞输注产生不良反应的研究中。在红细胞蛋白质组相关研究中,有望在微泡形成、氧化损伤、红细胞清除等方面建立研究模型和假说。同时,还有可能发现红细胞衰老/破坏新的标志物,从而对红细胞制品进行更好质量控制,甚至有望达到实时监控。

蛋白质组学在血小板研究中的首次应用,并非用来评价输注血液制品,而是用于研究新鲜血小板的活性。自2007年以来,多个研究小组开始对保存血小板蛋白质组变化进行研究。Power等^{[ 19]}创造性地采用高通量蛋白质组学方法,在血小板剪接变异体检测方面提供了新的途径。关于血小板蛋白质组研究,已经有了专门的资源库^{[ 20]},Dittrich^{[ 21]}等则首次对血小板蛋白质组的交互作用网络、信号肽分子、磷酸化等进行了描绘。几乎所有关于血小板蛋白质组研究证实,不同来源以及不同保存方式下的血小板在蛋白表达谱上确有变化,尽管由于实验设计及蛋白质组研究方法的不同导致观察到的这些变化也有所不同。但总体而言,这些蛋白和血小板激活以及相关信号通路相关^{[ 22]}。近期关于血小板的蛋白组学研究提示,一些发现可能与输血相关,比如Peter^{[ 23]}和Schulz^{[ 24]}在同期blood上发表的文章显示,他们通过不同蛋白组学方法研究确定了新的通过糖蛋白VI诱导血小板活化的信号系统。

由于血小板特殊的生理特性而难以保存,加之人类尚未发明成功血小板代用品,血小板有效保存问题,一直是国际输血工作者研究的热点和难点。对血小板保存的蛋白组学的深入研究,则有可能能改善血小板保存损伤,从而延长血小板保存期限,提升输注效果。

蛋白质组学的研究为我们提供大量的数据和信息,同时也为研究带来困扰。如何通过海量信息找寻隐藏其中的奥秘,需要我们不断挖掘,在输血领域的应用亦是如此。在血制品方面,通过蛋白组学的研究,将为血制品制作过程、保存期间变化、个体献血者对血制品质量的影响等方面提供更为独特的视角;在献血员筛查与管理、血液安全等方面,由于蛋白组学研究能够提供新的更灵敏的血液标志物,将使得我们对于献血员情况实施更好的掌握;通过不同蛋白标记物可以建立献血员蛋白谱,从而优化成分血制品效率;在受血方而言,蛋白组学研究将能够通过特定蛋白标志降低输血风险如输血相关性急性肺损伤(TRALI)或非溶血性输血反应的产生。

同时,蛋白质组学在输血医学上的应用,为合作研究提供机会。对于单独的研究小组而言,蛋白组学的研究非常昂贵,而产生的数据量也很难在短时间内得到充分的挖掘。大型联合研究将发挥蛋白质组学的充分优势,极大化地利用产出数据。蛋白质组学为输血医学研究提供了有力的武器,而随着蛋白质组学自身的不断发展,也将在输血领域得到更广泛的应用,输血医学更加美好的前景值得期待!