背景介紹

血液樣本是重要的生物信息來源，血液中的蛋白質則是最關鍵的信息大分子，直接反映機體的病理、生理狀態，大部分疾病相關的標志物都與血液中的蛋白相關。蛋白質組是指細胞或組織中由整個基因組表達的全部蛋白質。血漿蛋白質組一直是研究的熱點，被國際人類蛋白質組組織(Human Proteome Organization, HUPO) 列為首批實施的重大國際合作項目，在2002年正式啟動了人類血漿蛋白質組計劃（Plasma Proteome Project，PPP）。近年來，針對血液樣本蛋白組學的研究發表文章數量逐年上升，在蛋白組學文章總發表文章數中占非常大的比例。

Mol Syst Biol. 2017 Sep 26;13(9):942.

但是，由于血液樣本存在高豐度蛋白含量占比高、動態范圍大，至少為10個數量級以及蛋白種類復雜等問題，導致血液蛋白質組的研究存在巨大的挑戰。2020年12月，Nature Methods上發表了《Parallel accumulation-serial fragmentation combined with data-independent acquisition》文章中提到的timsTOF Pro 4D質譜技術通過分析分子量和離子淌度的相關性，搭配最新的DIA數據采集模式，不僅覆蓋了選擇窗口中整個質荷比范圍，還提高了識別入射離子的分辨率，從而鑒定到更多的蛋白質種類。timsTOF Pro作為蛋白組學研究的理想高通量篩選工具，為血液蛋白質組學的研究提供了完美的解決方案。

技術原理

利用質譜儀開展的蛋白組學研究中，質譜的掃描速度會影響蛋白的鑒定深度。傳統的3D分離技術包括保留時間（retention time）、質荷比（m/z）、離子強度（intensity）。timsTOF Pro4D引入雙TIMS/PASEF (Parallel Accumulation - SErial Fragmentation平行累積串行碎裂)分離技術，增加了第四個維度—離子淌度（mobility），進而大幅度的提高了掃描速度和檢測靈敏度，大幅提升蛋白鑒定的數量和覆蓋率，使得蛋白質組學進入了4D蛋白質組學新時代。

timsTOF Pro創新性地使用了雙TIMS分離/富集裝置，離子在第一個TIMS部分中進行累積，在第二個TIMS中根據淌度進行分離，經過分離后的離子繼續用于MS/MS碎裂。往復進行此過程，當第二個TIMS進行分離時，第一個TIMS也同時在平行地累積離子，這樣可以實現近乎100％的離子利用率。

產品介紹

4D Super Blood dDIA

實驗流程

內測結果

4D Super Blood dDIA

技術特點

功能性生物磁珠對生物樣本中低豐度蛋白進行富集，突破物種和蛋白種類的限制；

增加了第四個維度--離子淌度，引入TIMS/PASEF分離技術，大幅度地提高了掃描速度和檢測靈敏度，大幅提升蛋白鑒定的數量和覆蓋率；

樣本起始量要求低、數據可靠性高；

采用DIA數據采集模式；

機器學習算法助力生物標志物研究

生物信息分析

多組學聯合分析，系統生物學涵蓋包括基因組、轉錄組、蛋白組、代謝組等多個層面，多個組學數據聯合分析有助于更加深入理解生物過程和分子機制。

大隊列分析，Machine learning算法評估隊列規模，集成Machine learning算法對單組學及多組學進行訓練和建模，并評估性能，以此來篩選診斷或預后的Biomarker。

算法性能評估

研究思路

應用案例

發表雜志：Nature medicine

影響因子：87.241

發表時間：2022.4

該研究通過DIA-MS蛋白組學技術，對配對的肝臟-血漿進行蛋白質組分析以推斷分子病理特征。結果顯示，在血漿和肝活檢組織中，代謝功能被下調，而與纖維化相關的信號傳導和免疫反應被上調。通過機器學習建模篩選到的蛋白標志物panel比現有的臨床方法能更準確地檢測到顯著纖維化和輕度炎癥。這些生物標志物panel可準確預測未來肝臟相關事件和全因死亡率。此外，研究者利用一個獨立的驗證隊列驗證了診斷模型的性能，為基于質譜的常規肝臟疾病檢測奠定了基礎。

發表雜志：Talanta

影響因子：6.556

發表時間：2022.2

本研究通過LC-MS/MS，對胰腺癌血清樣本進行分析，以發現胰腺癌候選生物標志物。結果共檢測到576個血清蛋白，其中41個蛋白發生了顯著變化，可作為胰腺癌的潛在生物標志物。

審核編輯 ：李倩