人尿液

原创 飞飞 赛默飞色谱与质谱中国关注我们，更多干货和惊喜好礼生物标志物是与机体生理及病理状态相关的可监测到变化的生化指标，蛋白质组学是精准医学中生物标志物研究至关重要的一环，其最终目的也是为了指导临床，服务精准医学。尿液可以被连续、大量、重复收集并便捷、稳定地保存，且组分相对简单，易于分析，是理想的标志物研究样本。我们邀请了20余年来一直从事尿液蛋白质组学研究、北京师范大学生命科学学院的高友鹤教授，他分享了课题组应用尿液蛋白质组学技术进行的相关研究及重要成果、尿蛋白质组面临的机遇与挑战。北京师范大学生命科学学院 高友鹤教授尿液生物标志物 实现更早诊断✦ ✦ ✦ ✦ 尿液可以更早期、更敏感地发现生理病理的线索。近年来，高友鹤教授团队不断拓展尿蛋白质组在医学上的应用边界，从最开始的大器官、弥漫的病变，到更小的、更不容易被发现的疾病研究。甚至一些需要越过很多屏障的生理病理研究，如血脑屏障、胎盘屏障等。结果都很令人兴奋。甚至正常人的生理变化都能反映出来，比如说有没有运动，有没有打疫苗等等。假如疾病发现得早，医学工作者就有更多的机会能够阻止疾病的发展，或者让病程发展减慢，或者减少并发症等。在医学上，早期诊断至关重要，甚至比治疗更重要。尿液样本保存新方法✦ ✦ ✦ ✦ 尿液组成简单，细胞较少，尿里蛋白足够多而且都是水溶性的。因此从技术上来说，尿液检测比血液检测更简单。尿液研究的难点在于样本保存。高友鹤教授指出，尿液里占大量体积的其实是无效的水分，所以只需去除水分，富集包含信息量的“干货”即可。//团队使用特殊的膜来吸附有效成分，滤除水分并吹干膜，再用真空袋密封。这种保存方法隔绝了氧气和水分，可使尿液样本保存得更好，成本更低。这项规范化的尿液样本方法为尿液标志物的研究奠定了基础。尿液蛋白质与中药整体化研究✦ ✦ ✦ ✦ 高友鹤教授团队也开展了中药的相关研究，以往大多数中药研究思路都是将单个中药材分离纯化，再寻找其中的有效成分，然后再开展药效研究。这种研究方式对中医的一些理论可能受到影响，无法反映中药成分之间的协同作用和互相抵消作用。利用尿液蛋白质组，可开展研究中药的整体研究效果。团队最近开展了相关探索，用中成药饲喂动物后，观察其尿液蛋白质组的整体变化。这是一个很好的整体化研究中药的方式。与赛默飞的不解之缘✦ ✦ ✦ ✦ 超高分辨液相色谱-质谱联用仪是尿液蛋白质组学研究的主要分析平台。高友鹤教授说：“我从美国回来的时候了解到，赛默飞的质谱仪更适合做蛋白质组，所以我们开始尝试买了最早的版本LCQ。从那时起，我们实验室从最早的LCQ、LTQ、到现在的Orbitrap Fusion Lumos三合一质谱，基本上都是用的赛默飞的系列质谱仪。”赛默飞质谱仪“质谱仪是一类高端的精密分析仪器，因此很多单位都有专人负责，而我们实验室至今从未有过专人负责。”高友鹤教授表示，“这意味着仪器的大部分使用者是我们的研究生，并没有专门的仪器维护经验。在这种情况下，赛默飞的质谱仪能够陪伴我们到现在还能持续工作，这说明赛默飞的仪器非常皮实稳定。”“希望未来的质谱仪器能更好用，像傻瓜相机一样简单易用，最理想的是，仪器公司能够做更多的配套设备，比如在临床检测中，尿液能通过自动化处理得出蛋白质组数据，把分析出的临床相关信息反馈给医生，描述出病人的病理及生理学状态。”尿液检测应得到更多重视✦ ✦ ✦ ✦ 从疾病到健康的转变，实际上就是从相对晚期到相对早期的转变。在这个转变的过程中，尿液能起到的作用，超过了其他的体液，应该受到更多的重视。希望现阶段的研究能够更多更快地应用到临床领域，造福人类。同时，希望能够产学研多方合作，实现低成本、自动化等满足临床的分析需求的标准流程。人物简介1990年，高友鹤获中国协和医科大学医学博士（MD），后赴美获美国康涅狄格大学生物医学博士，并在美国哈佛医学院工作；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。曾获全国优秀博士论文指导教师，国家杰出青年基金，新世纪百千万人才国家级人选。现任《Urine》杂志创始主编，中国生化分子生物学会蛋白质组学分会理事等。如需合作转载本文，请文末留言。

从2010年开始，世界500强企业西门子公司的健康诊断仪器——尿液分析仪，将全部实现“重庆造”。重庆天海医疗设备公司已经与西门子美国健康诊断公司签订全球合作协议，从2010年开始为西门子贴牌制造尿沉渣仪器、尿液分析仪、尿分析试剂等产品，预计年产值达到上亿美元，这也将是重庆制造的第一台符合美国FDA(美国食品药物管理局，是全球医疗审核权威机构)认证的产品。 　　重庆天海医疗设备公司董事长鲁广洲介绍说，根据双方签订的全球合作协议，今后将由西门子提供经费，双方在同一个开发平台、使用一个开发工具开发产品，全过程严格按美国FDA的标准来进行。 　　据悉，目前重庆天海在南岸长江工业园投资1.2亿元建设占地142亩的天海医疗工业园，其中3万多平方米的新厂房，预计将在2010年正式投产。

过去两年来，新冠的爆发让全人类措手不及。截至今天，新冠病毒仍然在地球上大部分地区肆虐。凛冬已至，温度骤降，现在已经进入了感冒等流行病毒的高发季节。随着新的突变株奥密克戎（Omicron）的出现，世界上已经有不少国家对此警戒万分，全球人类也需要共同协作，以控制新一轮新冠的爆发。不管是哪一变株流行，其背后的基础研究都是迫切和必要的。尿液分子表型的研究有重大意义。近日，西湖大学西湖实验室郭天南课题组等在 Cell Reports 发表了题为：Proteomic and metabolomic profiling of urine uncovers immune responses in patients with COVID-19 的研究论文。该研究表明新冠肺炎病人的尿液作为一种完全无创的生物样本，从尿液中获取的生物分子可以灵敏地反映机体的病理状态。这项研究从尿液中筛选出 20 个蛋白质标志物并建立模型，成功实现了对新冠患者进行分类预测的目的；该研究同时针对性地提出了新冠患者存在潜在肾损伤的证据。尿液来源于外周循环，无需专业采集手段即可获得（相比较血清、组织等），完全可以满足日常实时健康监测的要求。利用尿液中的生物分子对人体健康状态进行监测，对于未来精准医学、精准抗疫具有重要的实用价值和现实意义。该研究对 COVID-19 患者组以及健康对照组的共计 115 个尿液、血清样本进行了系统研究。运用蛋白组学和代谢组学的分析手段，对各组病人进行了研究对比。从蛋白层面分析，单位体积的尿液蛋白表达量在轻、重型 COVID-19 组中与健康组相比明显升高，这个结果提示尿液可能会更灵敏地反应机体疾病水平的变化。该研究共定量了 1494 个血清蛋白，3854 个尿液蛋白，903 个血清代谢物和 1033 个尿液代谢物。研究发现尿液中的蛋白分子量分布与全人类蛋白组的蛋白分子量分布一致，这说明尿液样本不会漏掉某一类蛋白而导致信息丢失。血清和尿液蛋白质组学和代谢组学数据汇总分析那么尿液蛋白能否体现出新冠肺炎引起的分子变化呢？机器学习结果显示，尿液蛋白对于轻重型新冠肺炎的区分能力与血清蛋白基本一致。该研究在此基础上，建立了基于 20 个尿液蛋白的机器学习模型。在重型 COVID-19 患者的转归过程中，该模型的预测值随着时间的延长逐渐降低；而在轻型的恢复患者中，预测值趋于平缓并无明显变化。这些结果进一步证实了这 20 个尿液蛋白具备对 COVID-19 轻重型进行分类预测的潜力。在蛋白质组学水平上区分轻型和重型 COVID-19 患者该研究接下来探索了 COVID-19 患者血清和尿液之间的相关性。随着疾病进程加重（健康-轻型-重型），有 301 个蛋白的相对丰度在尿液和血清中呈现出相反的表达模式。研究发现两种参与肾小管重吸收的重要调节因子，megalin (LRP2） 和 cubilin (CUBN），在 COVID-19 患者尿液中的含量均呈现下降趋势。COVID-19 患者的肾小管再吸收过程可能出现了紊乱失调，导致尿液中某些蛋白质变化呈现出与血液中不同的表达模式。这种现象可能也存在于其他疾病中，还有待进一步研究。301 个血清和尿液蛋白显示出相反的表达模式不受控制的先天性炎症反应引起的细胞因子风暴，是导致 COVID-19 患者高死亡率的主要原因，因此该研究还着重关注了细胞因子在血清和尿液中的表达情况。该研究在血清中定量到了 124 个细胞因子，在尿液中定量到了 197 个。在尿液中，CXCL14 与 COVID-19 患者的淋巴细胞计数具有显著的相关性，或可能用于指示 COVID-19 病情的严重程度。尿液和血清中的细胞因子特征此外，该研究还在尿液蛋白组中特异性地发现了一些与病毒出芽相关的蛋白，它们在 COVDI-19 患者的尿液中呈现显著的下调趋势，且未在血清中检测到。以上结果表明