解碼蛋白質組學 揭開生命的奧秘
——記復旦大學生物醫學研究院研究員周峰

干思思

周峰

隨著人類基因組計劃帷幕的落下，后基因組時代正式登上了時代的廣闊舞臺，研究這些基因的表達和調控成為首要任務，在這一背景下，蛋白質組學的研究成為21世紀生命科學的戰略任務。

事實上，蛋白質組學是一門大規模、高通量、系統化地研究某一類型細胞、組織或體液中的所有蛋白質組成及其功能的新興學科。“與基因檢測不同，蛋白質因為不能擴增，很多表達量低的蛋白質，在蛋白質組學平臺里是無法被看到的。而無法看到它們就無法進行后續的研究工作。”復旦大學生物醫學研究院研究員周峰說。

為了突破這一局限，周峰團隊通過多年的研究創新，建立了超高靈敏度蛋白質組學平臺。通過這一平臺，研究人員可以看到通過通常的蛋白質組學手段無法看到的一些低表達量蛋白，其高靈敏度及高覆蓋率，能夠為解決目前在疾病發病機制中所遇到的困難提供行之有效的解決方案，從而開展后續研究。在這一平臺及相關科研技術的支撐下，他們在傳染性疾病、傳染疾病干預手段研究、生物醫學大數據研究等方面開展了一系列探索，并主持和參與了多項國家和省部級項目。迄今為止，周峰以通訊作者或第一作者在包括《細胞》（

Cell

）

、

《自然·細胞生物學》（

Nature Cell Biology

）

、

《自然·微生物學》（

Nature Microbiology

）等國內外學術刊物上發表論文十余篇，在國內外研究領域內產生了廣泛影響。

從復旦到哈佛，走進蛋白質組學世界

人類基因組計劃由美國科學家于1985年率先提出，于1990年正式啟動。按照這個計劃的設想，在2005年，要把人體內約2.5萬個基因密碼全部解開，同時繪制出人類基因的圖譜。在這一計劃的盛行時期，周峰還是一名在復旦大學化學系就讀的普通大學生，那時候他就閱讀并收聽了許多有關人類基因組計劃的報告，并在這些報告中了解到：雖然人類現在把基因數據給測試出來了，但是如何對其進行解讀，仍是當時科研界亟待解決的問題。

“基因是遺傳物質，但蛋白質才是生命活動的體現者和直接執行者。”這是當時分子生物學界的科學家們的普遍共識。在這一背景之下，后基因組時代悄然來臨，在后基因組時代，最重要的工作就是弄清基因的全部蛋白質產物及其結構和功能。彼時正在攻讀碩士學位的周峰，首次接觸到了蛋白質組學的研究，并對這一領域有了更加深刻的理解，決心投身于此開展相關工作。

“蛋白質檢測一直是困擾蛋白質組學研究的關鍵問題。但是，多年來低靈敏度蛋白檢測困難問題，一直未曾得到解決。”周峰說。為了開闊自己的科研視野，在這一領域做出更多的突破成果，2007年7月，周峰前往美國哈佛醫學院從事博士后研究工作。在這一時期，他將主要研究方向放在超高靈敏度蛋白質組學研究上，通過7年的探索與實踐，最終順利建立了超高靈敏度蛋白質組學平臺。這一平臺，不僅能夠對由基因檢測所能發現的靶點進行進一步分析，檢驗那些基因層面發生的變化是否也在蛋白質的層面得到驗證，還能為進一步利用功能學實驗驗證研究人員所發現的疾病的分子發病機制提供不可或缺的信息。依托于這一研究平臺，周峰開始了在蛋白質組學相關研究中的進一步研究開拓。

回國效力，基因轉錄調控新突破

“將自己多年的科研積累回報給祖國的科研事業”是多年來一直縈繞在周峰心頭的愿望。2014年8月，他回到自己的母校復旦大學生物醫學研究院開始了新一輪的科研征程，在超高靈敏度蛋白質組學平臺的支撐下，開展創新性探索。

隨著功能基因組學的飛速發展，對調控基因表達的順式和反式作用元件進行系統研究成為當前亟須填補的領域空白。人體有非常多的細胞，比如皮膚細胞、血液細胞、免疫細胞等，而這些細胞之所以能夠成為特殊類型的細胞，則是因為其自身具有決定這些細胞功能命運的轉錄因子。但是，在這一過程中，最終決定這些基因打開和關閉的關鍵因子仍是蛋白質。究竟哪些蛋白質參與了一些關鍵性基因的打開和關閉呢？這一問題，引起了周峰及其科研團隊的強烈關注。

面對這一領域內多年懸而未決的科研問題，周峰及其科研團隊展開了一系列探索。但研究道路并不是一帆風順的。“其實載有人類龐大遺傳信息的基因組,是一部由30億個堿基對排列組合而成的‘天書’。而控制基因激活或者靜默的堿基對，可能只有幾百到幾千個，如要從30億堿基對里邊將其鑒別且精準定位出來，難度極其之大。除此之外，基因轉錄還與細胞周期相關，每5～10個細胞中，可能只有一個細胞正在進行某一個基因的轉錄，蛋白量極低，導致檢測難度很大。”周峰介紹說。

雖然困難重重，但周峰團隊并未放棄探索。功夫不負有心人，2017年，周峰與西南醫學中心徐劍教授以共同通訊作者在《細胞》（Cell）雜志上發表了以“利用生物素化的dCAS9蛋白在原位捕獲染色體的相互作用（In Situ capture of chromatin interactions by biotinylated dCAS9）”為題的文章，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、位點特異原位DNA-蛋白質以及其他元件的互作網絡。這項工作是表觀和基因轉錄調控領域的重大技術進展，一定程度上解決了困擾領域幾十年的技術瓶頸問題，第一次讓領域專家看到解決這一技術瓶頸的希望。值得一提的是，此次研究建立的“CAPTURE方法”可以針對感興趣的基因位點進行全面挖掘，在原位發現對DNA的轉錄起到重要調控作用的蛋白質及其他元件，這種3D互作組學手段有助于科研人員今后就調控元件與疾病和發育的關系做進一步深入研究。

潛心科研，助力艾滋病全新藥物開發

一直以來，周峰都有著屬于自己的科研理念。在他看來，任何科研成果都是在一定的積淀下產生的。而其中的關鍵在于，科研人員是否有足夠的視野洞悉到他人未曾想到的科研方法來實現自己的研究設想，這一切都需要時間，以及不斷探索的支撐與加持，絕非一蹴而就的。如今，周峰已建立了5～6個人的研究團隊。在研究中，周峰十分注重與其他學科團隊的交叉合作，并十分關注各個領域的最新科研進展，從中挖掘出不一樣的科研思路，以此開展后續研究。

不斷創新前行的科研信念及多年的研究錘煉，讓周峰在科研方面結下了豐碩的果實。2019年3月，他與清華大學藥學院譚旭課題組、美國喬治梅森大學吳云濤課題組合作，通過高靈敏度深度覆蓋蛋白質譜技術和病毒學研究發現人類細胞中的一種新型抗艾滋病毒蛋白PSGL-1，更是引起了國內外的強烈關注。

艾滋病是一種危害性極大的傳染病。這一疾病自20世紀80年代就已被定義，并一直被研究到現在。“其實，在艾滋病的研究中，面臨著一個非常嚴峻的挑戰，即目前幾乎所有針對艾滋病治療的藥物都是針對艾滋病自身所表達出來的蛋白質所展開的。眾所周知，艾滋病是因為感染艾滋病毒引起，而艾滋病毒屬于高度變異的病毒，其新的病毒變種誕生之后，會使很多常規藥物失去效果。”周峰說。

通過高靈敏度蛋白質組學，周峰與合作者們首次發現并證實了PSGL-1是一個具有全新抗病毒機制的抗艾滋病毒蛋白，證實了艾滋病毒確實能夠通過病毒蛋白u（Vpu）招募泛素酶復合物來降解PSGL-1以逃逸人體的天然免疫系統。抑制Vpu對PSGL-1的拮抗有望成為抗艾滋病毒藥物開發的新方向。相關研究發表在微生物領域權威期刊《自然·微生物學》(Nature Microbiology)上，引起了國內外科研界的廣泛關注。

從20世紀90年代接觸到蛋白質組學研究，周峰在這一領域研究中始終保持著最初的赤誠，并邁出了關鍵而堅實的腳步。今后，在超高靈敏度蛋白質組學平臺的支撐下，他還將引領團隊研究發現更多疾病的早期診斷標志和制藥靶點，研發出可以真正落地的藥物，為蛋白質組學研究致力于醫學科學和生命科學事業的發展作出自己的貢獻，使研究更好地造福于社會大眾。