陶纬国

p 　　 span style=" font-family: 楷体,楷体_GB2312, SimKai " 回顾2017年，基于质谱的临床研究有一项突破性发现。普渡大学陶纬国教授团队在2017年3月20日的《美国国家科学院院刊》(PNAS)杂志上发表文章称，他们从人体血液中发现2400多种磷酸化蛋白。该发现首次证明了磷酸化蛋白可以作为基于液体活检的疾病标志物，能用于对癌症等重大疾病更早、更精准的非侵入性诊断，为 “液体活检”提供了全新的检测维度。近日，仪器信息网专访了陶纬国。 /span /p p style=" text-align: center " img title=" 1.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201801/insimg/a21a903c-0479-4776-9e2a-5b5c719f76fc.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 普渡大学 陶纬国教授 /strong /p p 　　 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 磷酸化蛋白突破性发现 /strong /span /p p 　　通过液体活检来诊断肿瘤和癌症等疾病一直是临床科学家关注的焦点，研究对象多集中在循环肿瘤细胞(CTC)和循环肿瘤DNA(ctDNA)，但是二者都有局限性：由于CTC在血清中的浓度非常低，取少量血液对其检测难度很大 癌症有很多基因突变，而这些突变不一定会显现出来，因此基于ctDNA进行的液体活检的诊断结果只能预测患病的概率，并不能确诊。 /p p 　　蛋白质磷酸化是调节和控制蛋白质活力和功能的最基本，最普遍，也是最重要的机制，同时，与许多疾病的发生密切相关。在众多肿瘤致病机理中，当前学术界对蛋白质磷酸化机理的研究最为清楚，80%-90%的癌症都跟蛋白质磷酸化有关。因此，许多抗肿瘤药物的研制都着眼于磷酸化蛋白。理论上，磷酸化蛋白作为相关基因突变的表达，在临床上能够帮助医生做出更明确的诊断。但是，有关基于液体活检的磷酸化蛋白研究还很少。此前，有个别报道在血液中发现几十种磷酸化蛋白，均是高丰度蛋白，生物学意义不大。“原因就是磷酸化蛋白一旦从细胞进入血液中就被肝脏分泌的磷酸酶水解了。”陶纬国解释说，“所以虽然磷酸化蛋白跟癌症关系非常密切，但人们无法对其进行检测。” /p p 　　陶纬国团队是如何从人体血液中检测到大量磷酸化蛋白的呢?这要从三年前的一篇文献报道说起，当时陶纬国从这篇文章中了解到外泌体和微囊的结构，“当我看到类似于纳米微粒的外泌体、微囊结构时，我认为可能会有磷酸化蛋白被包裹在外泌体中，然后进入血液。如果真是这样，被外泌体包裹的磷酸化蛋白可能会避免被血液中的磷酸酶水解。”于是陶纬国团队对血液中的外泌体、微囊进行了超速离心分离、提取，然后用质谱进行检测。一周以后，实验结果让所有人都惊呆了，他们从中发现了几千个磷酸化蛋白。这个突破性的发现使得临床科学家们今后可以在1毫升血浆里找到几千个磷酸化的位点，并从中筛选出不同疾病的生物标志物。之后，陶纬国团队对乳腺癌病人血清中的磷酸化蛋白做了研究，发现乳腺癌病人体内的磷酸化蛋白与其病症密切相关。 /p p 　　那么，磷酸化蛋白液体活检何时能够应用临床呢?陶纬国回答说：“虽然现在还不好断言，但我认为3-5年内都有可能。”他进一步解释，随着质谱技术的显著提升，一些原来检测不到的生物标志物现在能够检测了，后面的工作主要是考察重复性有多好，假阳性有多低。 /p p 　　谈及未来的工作，陶纬国表示，一方面会继续做乳腺癌的磷酸化蛋白生物标志物确认的工作 另一方面也会做其他疾病磷酸化蛋白生物标志物找筛的工作，“还有很多其它疾病，比如阿尔茨海默病、帕金森综合征等，也都是蛋白磷酸化有关。” /p p 　　 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 质谱用于生物大分子检测的思考 /strong /span /p p 　　陶纬国教授做蛋白组学研究至今已有十几年，用到的研究工具主要是质谱。在攻读博士期间，陶纬国师从普渡大学著名质谱专家Graham Cooks教授。博士毕业后，陶纬国加入了西雅图系统生物研究所，在Leroy Hood教授(自动DNA测序仪发明人)和Ruedi Aebersold教授(著名蛋白质组学专家)课题组继续博士后研究。从那时起，陶纬国就开始了他的磷酸化蛋白质组学检测的研究，“重回普渡教书以后，我的工作基本上是围绕着怎么去提高磷酸化蛋白分析手段来开展的。质谱在我的工作扮演着中心角色，包括方法开发，蛋白生物标志物早筛，全靠质谱来做。”首先是早筛，用质谱(Orbitrap)筛选出相关的生物标志物(磷酸化蛋白) 然后对病人的样本进行检测，用统计学的方法对检测结果进行分类 最后，分析统计学上有意义的、跟病人相关的磷酸化蛋白。 /p p 　　在过去二三十年里，质谱在生物大分子检测方面有几个重要的技术突破。首先，80年代末90年代初， ESI和MALDI的出现，使质谱能够用于分析生物样品 第二，近十几年来，高分辨质谱的飞跃发展，大大提升生物大分子的分析效率。“我读博士后时(2002年)，很多仪器还是低分辨的，生物样品还是挺难做的，做完一个磷酸化的蛋白，单是数据库检索就要三天，而且，相对来说，得到的数据假阳性高。现在的高分辨质谱解谱很容易，差不多半个小时就够了，假阳性也降低很多。”此外，陶纬国还说到，“UPLC与质谱的结合在技术上是很大的进步，使色谱的分离效率赶上了质谱的速度，现在一个小时能检测到几千个蛋白，非常快。” /p p 　　同时，陶纬国也指出了目前利用质谱来检测生物大分子的难点。第一，生物样品基体复杂。“像我们实验室做磷酸化蛋白，它本身丰度就很低，假如样本不经过任何分离的话，谱图上将会只能看到高丰度蛋白。”第二，质谱检测假阳性比较高。“其实还是需要统计学算法方面的开发，来解决假阳性率高的问题，这也是现在很多质谱开发者在做的工作。” /p p 　　现如今质谱产品更新迭代非常快，对于质谱工作者来说，是好，也是坏。“新产品的确扫描速度更快了，精度更高。但是，也给质谱工作者带来了不小的压力。特别是像我们这种使用高分辨大仪器的，没有那么多钱换来换去。可是如果你想要紧跟前沿，这些新仪器又十分必要。”陶纬国说，这是目前质谱工作者普遍面临的两难境地。 /p p 　　 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 整合临床大数据 /strong /span /p p 　　2017年，陶纬国作为海外高层次人才被东南大学引进回国。谈及回国的初衷，陶纬国表示，国内拥有更多、更丰富的病人样本，这是他选择回国的原因之一。此外，国内对于高分辨质谱等大型仪器的投入力度也更大，有助于前沿研究的开展。谈到选择东南大学的原因，陶纬国说到：“东南大学的生物医学工程学院有转化医学，有生物，然后又有工程，包括产业化，比较适合我。” /p p 　　现在国内，整合医学大数据来服务大健康的概念很热，“在全国，包括南京，都已经有相关工作在开展”。从临床检测这个角度来说，陶纬国希望找到办法来整合DNA检测，microRNA检测，磷酸化蛋白检测几个维度的数据，从而获得更为精准的临床诊断结果。“比如检测一个肿瘤，通过对DNA、mRNA、磷酸化蛋白、糖基检测多维度数据的不断积累，数据会越来越多，结合人工智能、计算机算法，检测结果会越来越精准。 我回来能赶上这个机会也是不容易。”陶纬国如是说到。 /p p 　　目前，医学大数据的采集方式主要为第二代、第三代测序。“但是，质谱也是很重要的一块儿。”陶纬国指出，“比如乳腺癌，基因突变仅仅代表一种患病的可能性，但是到底有没有癌症还是要通过蛋白检测来确定，所以用质谱来检测蛋白的存在、活性、功能，比基因层面更可靠。所以，质谱检测肯定会慢慢跟上来。” /p p 　　陶纬国在东南大学生物医学工程学院的新实验室是电子生物国家重点实验室。对于自己的工作重心，陶纬国表示，现在是过渡时期，未来会逐步将重心转至国内。“国内实验室刚刚开始，看起来前途光明。” /p p 　 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 　热衷学界公益事务 出任CASMS主席 /strong /span /p p 　　作为质谱生物大分子检测方面的专家，陶纬国于2017年6月份当选北美华人质谱学会(CASMS)主席。该学会汇聚了众多顶尖的华人质谱学者，已经成为质谱学界重要的华人力量。在一年一度的“美国质谱年会(ASMS)”期间举行“北美华人质谱学术会议”已经成为CASMS的传统。据陶纬国介绍，CASMS已有二三十年的历史，目前注册人数在800人左右，覆盖了北美地区绝大部分优秀的华人质谱学者。ASMS每年参会人数6000-7000人，相当一部分是华人，中国面孔越来越多。“在美国，有很多华人学者做了非常出色的工作，但他们并没有获得相匹配的影响力和威望。” 陶纬国说，“我们学会的宗旨就是提升华人质谱学者在世界质谱领域的影响力。当然， 中国本身的国际地位的重要性是显而易见的。” /p p 　　CASMS的另一个宗旨是促进世界华人质谱界的互相交流。每两年召开一次的“世界华人质谱学术研讨会”是全世界华人的质谱盛会，汇聚了中国内地、台湾、香港、新加坡和北美地区的质谱学者，CASMS是该会议4个主办方之一。2016年，CASMS主办了第六届“世界华人质谱学术研讨会”，这是该会议首次在美国召开，恰逢该会议召开十周年。“我认为非常有意义，促进了两岸三地华人质谱学者的交流合作。我的亲身体会是通过这个会议结识了很多优秀学者，而在此前很多同仁相互间是不认识的。” /p p 　　未来，除了重要的线下会议组织工作，陶纬国希望通过加强线上日常交流，来使学会内部联系更为紧密。 /p p 　　 span style=" font-family: 楷体,楷体_GB2312, SimKai " strong 后记： /strong 临床质谱技术被认为是医学诊断的下一个“基因测序”，应用前景被普遍看好。质谱用于临床检验具有灵敏度高、特异性高、重现性好的优点，可在临床多个领域对传统诊断方法学进行替代。陶纬国教授团队的磷酸化蛋白研究进一步提升了临床质谱应用的含金量。基于该研究，临床科学家们将会找到更多可靠的疾病标志物，从而实现癌症等重大疾病的早期发现和精准诊断。 /span /p p style=" text-align: right " 采访编辑：李博 /p

p style=" text-indent: 2em " strong 仪器信息网讯& nbsp /strong 2018年11月24日，由中国质谱学会（中国物理学会质谱分会）、中国化学会质谱分析专业委员会和中国仪器仪表学会分析仪器分会质谱仪器专业委员会联合主办，中国广州分析测试中心、中山大学承办，广东省分析测试协会及广东省质谱学会协办的“2018年中国质谱学术大会”（CMSC 2018）在广州东方宾馆隆重开幕。本次会议主题为：中国质谱新时代。来自十多个国家地区的质谱技术与应用方面的专家学者、质谱厂商及相关用户共1900余人参加了本次会议，会议规模相比往届再攀新高。仪器信息网作为合作媒体对本次大会进行系列报道。 br/ /p p style=" text-indent: 2em " 本次大会为期2天半(11月24日-26日)，共邀请12个大会报告并开设主题为生命科学与医学、质谱新方法新技术、仪器研发与基础理论、环境与食品、地球科学及材料与能源、临床质谱等多个分会场。会议同期还设置了青年论坛专场和学术墙报展示，以促进我国质谱分析技术的快速发展，展示我国在该领域取得的成绩及增进同行间的学术交流。 /p p style=" text-indent: 2em " 大会首日的生命科学与医学的分组报告会上，北京生命科学研究所董梦秋教授、东南大学陶纬国教授、美国威斯康星大学李灵军教授、北京师范大学谢孟峡教授等重量级专家分享前沿科学成果。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/2eb70c26-536e-4641-a771-b53a630386eb.jpg" style=" " title=" Axianchang.jpg" / /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/d91be019-bc8e-4aa0-b6d3-b3d087503476.jpg" title=" Bxianchang.jpg" alt=" Bxianchang.jpg" / /p p style=" text-align: center " 报告会现场 br/ /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/c66402c2-248f-4a30-a031-e01573041590.jpg" style=" " title=" dongmenxia.jpg" / /p p style=" text-indent: 2em text-align: center " 北京生命科学研究所教授董梦秋 /p p style=" text-indent: 2em text-align: center " 报告题目：Quantitative Phosphoproteomics analysis Revealed Longevity Mechanisms in C. elegans /p p style=" text-indent: 2em " 董梦秋带领课题组以线虫为模型，研究关于衰老的基础生物学问题，同时开发了基于质谱的蛋白质组学技术。她提到，线虫领域对衰老的研究起源于1993年发现胰岛素信号通路可调节寿命。目前，线虫领域较少涉及磷酸化蛋白质组学的研究，因此已鉴定的磷酸化位点相对较少。基于此，董梦秋在报告中分享了其在线虫磷酸化蛋白组学研究的实验过程，包括鉴定磷酸化位点及蛋白肽段的软件使用体会。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/22f347fc-b4d1-4beb-bdce-119e254d8502.jpg" title=" taoweiguo.jpg" alt=" taoweiguo.jpg" / /p p style=" text-indent: 2em text-align: center " 东南大学生物医学工程学院教授陶纬国 /p p style=" text-indent: 2em text-align: center " 报告题目：开发外泌体蛋白临床质谱的前景和挑战 /p p style=" text-indent: 2em " 针对蛋白磷酸化中的难点问题，陶纬国课题组研发了以质谱检测为中心的高通量新技术，利用该技术发现激酶的直接底物和磷酸蛋白的直接上游激酶，并致力于通过开发外泌体蛋白作为疾病指标分子进行医疗检测。会上陶纬国也分享了基于此研究的一些实际医疗案例。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/9d0d1492-2d3e-4457-bab8-3faa433aa867.jpg" title=" lilinjun.jpg" alt=" lilinjun.jpg" / /p p style=" text-indent: 2em text-align: center " 美国威斯康星大学教授李灵军 /p p style=" text-indent: 2em text-align: center " 报告题目：Sweetening the Process of Biomarker Discovery in Alzheimer& #39 s Disease(AD): Development of Improved Chemical Strategies for Probing Glycosylation patterns in AD /p p style=" text-indent: 2em " 李灵军在报告中主要介绍了关于促进阿尔兹海默症（AD）中生物标志物的相关研究。AD是一种渐行性神经退行疾病，截至2017年，中国的AD患者位居全球第一，数据为900万人。李灵军在报告中讲述了其基于HOTMAQ方法开展高通量目标蛋白的绝对定量以及生物标志物验证的研究进展。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/7deaa47b-70e8-483b-bb0b-82fdf527e8cd.jpg" title=" xiemengxia.jpg" / br/ /p p style=" text-indent: 2em text-align: center " 北京师范大学教授谢孟峡 /p p style=" text-indent: 2em text-align: center " 报告题目：硝酸化多肽磁纳米富集材料的制备及应用研究 /p p style=" text-indent: 2em " 蛋白质磷酸化是最为广泛的翻译后修饰之一，但因为蛋白质磷酸化动态可逆且磷酸化蛋白丰度低，很难从复杂生物中直接检测磷酸化蛋白。谢孟峡在报告中讲述了磷酸化蛋白富集方面的研究进展，包括两种功能化磁纳米粒子，前者能有效富集磷酸化肽段，后者能特异性富集络氨酸磷酸化肽段。两者均能应用于生物样品中，为发现生物体系中相关痕量疾病标志物提供了基础材料，并能应用于磷酸化蛋白质组学研究中。 /p p br/ /p

大咖开讲，领航前行 | 多组学研究与精zhun医学创新应用研讨会赛默飞色谱与质谱中国以蛋白质组为代表的生命组学，为疾病的早期发现、良恶性诊断、分型和个性化用药、疗效监测和预后判断等提供了更精确、更可靠的信息，使精zhun医学更加精zhun。 近年来科学家们在蛋白质组学为主要技术手段的精zhun医学研究领域陆续取得了多项重大突破，具有广泛的医学应用价值。 由蛋白质组学驱动的精zhun医学，势必带来精确诊断与精zhun治疗统一的第三代医学革ming。 Orbitrap作为蛋白质组学技术的金标准，凭借其卓越的分辨率、灵敏度、多项创新技术等“硬实力”，平均每小时就有1.3篇SCI文章发表，助力着精zhun医学日新月异的发展。 赛默飞 联合 中科新生命 举办“多组学研究与精zhun医学创新应用研讨会”，特邀国内外多位领域内专家分享前沿的学术进展，包括新技术、新成果、新应用，以及数据分析和人工智能的应用等。 学科盛宴，共聚云端，不容错过。 多组学研究与精zhun医学创新应用研讨会时间： 2021年4月8日、4月15日嘉宾介绍 /上下滑动查看更多/陶纬国 教授美国普渡大学美国普渡大学终身教授，北美华人质谱学会主席 (2017-2019)。 从2005年以来一直从事生物质谱和蛋白质组学分析技术和方法的开发以及在研究疾病机理方面的应用。 目前主要的研究方向是建立和发展新的质谱技术用于多种疾病体系中细胞外囊泡（Extracellular Vesicles）的蛋白质组，尤其是磷酸化蛋白质组的研究，以期发现可以用于疾病诊断的体液活检标志物，并提供治疗的新靶点，主要包括： ① 开发稳定提取细胞外囊泡的材料和仪器； ② 开发和优化细胞外囊泡中蛋白定性和定量的质谱分析方法； ③ 细胞外囊泡中蛋白质翻译后修饰的研究。 基于课题组新建立和发展的质谱技术，能够揭示传统生物学研究手段无法发现的生物标志物和生理调控机制，帮助深入研究疾病在人体内的发生和发展过程，为疾病的早期诊断、预后的动态检测以及新的治疗靶点的发现提供新的思路。 陶纬国教授目前已在国际科学期刊上发表SCI检索论文150多篇。 研究成果已获9项授权美国及国际专利，其中3项专利已经产业化。 获得“普渡大学特聘杰出学者”、“普渡大学学者突出产业奖”，“美国自然科学基金会职业发展奖(NSF-CAREER)”等重要奖项。汤海旭 教授美国印第安纳大学美国印第安纳大学信息、计算与工程学院计算机科学系教授、格兰特桑顿学者、数据科学学术项目主任。 1998年获中国科学院上海生物化学研究所博士学位，先后在美国南加州大学和圣地亚哥加州大学进行博士后研究，2004年加入美国印第安纳大学，2015年升任教授。 2007年获NSF职业奖，2009年荣获印第安纳大学you秀青年教师奖。 在生物信息学中的算法和统计研究特别是基因组学和蛋白质组学拥有丰富的经验。 以通讯作者或第yi作者在Analytical Chemistry、Journal of proteome research等国际知名期刊上发表SCI收录论文。丁琛教授复旦大学复旦大学人类表型组研究院副院长，复旦大学生命科学学院研究员，海外高层次人才引进计划，北京市特聘教授、博士生导师，中国蛋白质组领域的核心团队成员，蛋白质组学协会委员、青年分会主任委员，中国生物物理学会表型组学分会秘书长，Springer Nature旗下《Phenomics》杂志执行主编。 近5年以第yi作者或通讯作者在Nature Biotechnology、Molecular Cell、Journal of Experimental Medicine、Nature Communications、PNAS、Molecular & Cellular Proteomics、Analytical Chemistry等高水平杂志发表论文50余篇，承担科技部重点研发计划、国际合作项目、国家自然科学基金等多项课题。刘鹏飞 博士中科新生命毕业于复旦大学生物统计学与生物信息学专业，理学博士； 多年组学数据开发和分析经验； 曾参与医院多项合作项目，包括基于ctDNA序列突变信息挖掘潜在的癌症突变生物标志物，基于线粒体DNA序列突变信息挖掘与疾病关联的关键突变位点以及国家自然基金项目； 发表多篇SCI论文。李子青 教授西湖大学西湖大学人工智能研究与创新中心教授。 IEEE Fellow，国际知名专家，曾任微软亚洲研究院Research Lead，中科院自动化所模式识别国家重点实验室zi深研究员，负责多项国家项目和国际合作科研项目，在计算机视觉、模式识别、机器学习等人工智能研究与应用领域作出了杰出贡献。 李子青教授带领西湖大学工学院人工智能研究与创新中心（Center for AI Research and Innovation，CAIRI），开展人工智能创新研究，包括机器学习/深度学习、大数据分析、计算机视觉，和AI交叉学科领域（智能传感器、生物信息学）。嘉宾介绍 /上下滑动查看更多/Valdemir Melechco Carvalho巴西圣保罗大学Ph.D. in Biochemistry from the University of São Paulo. At Fleury Group, one of the largest health organizations in Brazil, leads a team focused on application of mass spectrometry and chromatography on clinical analysis. He is also professor at the Clinical and Toxicology Sciences graduate program at the Pharmaceutical Sciences School of the University of São Paulo.高友鹤 教授北京师范大学生命科学学院1990年获中国协和医科大学医学博士（MD）， 1997年获美国康涅狄格大学生物医学博士（PhD）。 1997-2001美国哈佛医学院博士后、讲师。 2001年起获聘中国医学科学院特聘教授，任基础医学研究所病理生理学系教授。 2014年12月获聘北京师范大学生命科学学院教授。 曾获全国you秀博士论文指导教师，国家杰出青年基金，新世纪百千万人才guo家级人选。 现任中国生化分子生物学会蛋白质组学分会常务理事等。 《Urine》杂志创始主编。严峻 博士中科新生命毕业于中国药科大学，2013年加入中科新生命。 曾参与国自然、“十一五”重大专项“重大新药创制”等科技项目。 在蛋白质组、代谢组等组学的技术与应用方面，具备丰富的知识和经验，具有超过8年的技术支持与产品开发工作经历。 现主要负责重点应用领域的解决方案设计、开发与推广工作。黄敏 博士赛默飞世尔科技(中国)有限公司毕业于华东理工大学，现任赛默飞生命科学质谱高级应用工程师，负责蛋白质组学、结构生物学相关的质谱技术开发与应用支持。