質(zhì)譜技術(shù)在多組學(xué)研究和醫(yī)學(xué)檢驗中的應(yīng)用前景及挑戰(zhàn)*

于海濤，王 洪 綜述，張 鈞△ 審校

1.浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院檢驗科，浙江杭州 310016；2.浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院廣科安德質(zhì)譜中心，浙江杭州 311200

檢驗醫(yī)學(xué)在臨床診斷和治療監(jiān)測方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)等多組學(xué)研究成果促進了全新診斷標志物的研究發(fā)現(xiàn)和臨床應(yīng)用。質(zhì)譜技術(shù)以其高靈敏度、高特異度和高通量的能力滿足組學(xué)對復(fù)雜的生物標本分子組成及相互關(guān)系研究的需求，近年來以質(zhì)譜分析技術(shù)為核心的多組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)極大拓展了質(zhì)譜在醫(yī)學(xué)檢驗中的應(yīng)用范圍，可以預(yù)見基于質(zhì)譜技術(shù)的疾病診斷方法將成為重要的臨床檢驗診斷技術(shù)[2]。

1 以高性能質(zhì)譜為核心的組學(xué)研究已成為發(fā)現(xiàn)檢驗生物標志物的主要來源

生物標志物是指用于疾病診斷、風(fēng)險評估及預(yù)后判斷的生物分子，組學(xué)領(lǐng)域的擴展和檢測技術(shù)手段的進步不斷拓展了生物標志物的范疇。目前生物標志物不僅涵蓋了傳統(tǒng)的核酸、蛋白質(zhì)、糖類及代謝物等標志物類型，還囊括細胞遺傳學(xué)和細胞動力學(xué)參數(shù)，以及體液中的外泌體、細胞等。在過去的幾十年里，研究者用各種組學(xué)技術(shù)致力于生物標志物的發(fā)現(xiàn)和疾病的早期診斷，質(zhì)譜技術(shù)作為組學(xué)研究的核心技術(shù)，其在生物標志研發(fā)策略方面的科學(xué)價值和優(yōu)勢越來越受到檢驗醫(yī)學(xué)的重視[3]。

1.1質(zhì)譜技術(shù)正成為蛋白質(zhì)組學(xué)研究和臨床應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù) 蛋白質(zhì)作為直接參與細胞生物學(xué)過程的大分子，是生理功能的執(zhí)行者和生命現(xiàn)象的直接體現(xiàn)者，蛋白質(zhì)水平的變化直接反映了生命在生理或病理條件下的變化，可以精準地預(yù)測疾病的狀況和進展。臨床蛋白質(zhì)組學(xué)中有2種策略可以識別生物標志物，一是經(jīng)典策略，使用電泳技術(shù)分離蛋白質(zhì)和多肽混合物然后進行質(zhì)譜鑒定；二是利用質(zhì)譜技術(shù)分析樣品的完整質(zhì)譜圖，以獲得可以用作疾病“指紋”的完整蛋白質(zhì)/肽譜[4]。組織、器官、體液和細胞培養(yǎng)物等生物樣品均可被用作為蛋白質(zhì)類生物標志物的研究，但從臨床診斷的角度來看，體液無疑是尋找生物標志物的最佳材料。蛋白質(zhì)組學(xué)研究的一個重大挑戰(zhàn)是蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫的多樣性分析及蛋白質(zhì)、多肽鑒定，質(zhì)譜技術(shù)較好地解決了這些難題，滿足了蛋白質(zhì)組學(xué)對技術(shù)平臺的需求。ESI和MALDI 2種“軟”電離方法使基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學(xué)蓬勃發(fā)展，MALDI通過激光輻射將與基質(zhì)共結(jié)晶的蛋白質(zhì)電離，而ESI將蛋白質(zhì)樣品電離出溶液，可以很好地保存目標分子的完整性，從而實現(xiàn)高靈敏度和高準確度的質(zhì)量分析。MALDI通常與飛行時間聯(lián)合用于蛋白質(zhì)鑒定，而ESI的優(yōu)勢在于可以直接與液相色譜對接，用于從高度復(fù)雜的混合物中分析蛋白質(zhì)[5]。不同類型的質(zhì)譜儀根據(jù)需要可以用于蛋白質(zhì)的鑒定和定量分析、蛋白質(zhì)翻譯后的修飾研究、蛋白質(zhì)相互作用分析等[6]。

病變細胞或微環(huán)境產(chǎn)生的蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)片段可以在疾病發(fā)生和發(fā)展過程中擴散到循環(huán)系統(tǒng)中，通過質(zhì)譜法測定其濃度，利用生物信息學(xué)工具進行數(shù)據(jù)分析后用于診斷。在過去的二十多年中，以質(zhì)譜為核心的蛋白質(zhì)組學(xué)成為分子臨床醫(yī)學(xué)研究的重要平臺，并發(fā)現(xiàn)了一批涉及各種疾病的生物標志物[7]。通過對不同類型癌癥患者的血漿、血清及尿液蛋白質(zhì)組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)了一系列與癌細胞形成和發(fā)展相關(guān)的蛋白質(zhì)標志物，用于許多類型的癌癥診斷，包括卵巢癌、前列腺癌、乳腺癌、膀胱癌、腎癌、肺癌、胰腺癌、星形膠質(zhì)瘤等[8-15]，這些標志物不僅可以對癌癥進行篩查、診斷和預(yù)后監(jiān)測，同時還可以對癌癥的亞型進行分類。

外泌體蛋白質(zhì)組學(xué)成為發(fā)現(xiàn)癌癥標志物的一個新研究方向，外泌體蛋白標志物不僅可以區(qū)分組織中腫瘤與非腫瘤細胞，而且還可以確定腫瘤的原發(fā)灶[16]。通過對胰腺癌患者血漿及血漿中外泌體的蛋白質(zhì)組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)了外泌體攜帶的與胰腺癌相關(guān)的蛋白會引起體內(nèi)的免疫反應(yīng)并由此產(chǎn)生自身抗體，其中M2-型丙酮酸激酶和人可溶性半乳糖凝集素3結(jié)合蛋白產(chǎn)生的自身抗體可以比較好地區(qū)分早期胰腺導(dǎo)管腺癌與健康人群、早期胰腺導(dǎo)管腺癌與胰腺炎[14]。

對于一些特殊類型疾病，如阿爾茨海默病(AD)、帕金森病(PD)、系統(tǒng)性硬化癥(SSc)等，由于不完全清楚發(fā)病機制，其診斷和治療面臨巨大挑戰(zhàn)，蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展和質(zhì)譜技術(shù)的進步促進了這些疾病新標志物的發(fā)現(xiàn)。PATERSON等[17]利用質(zhì)譜-蛋白質(zhì)組學(xué)分析腦脊液中54種蛋白質(zhì)的表達水平，并在2個獨立的隊列中予以驗證，結(jié)果顯示蘋果酸脫氫酶、總載脂蛋白E、幾丁質(zhì)酶3樣蛋白1、骨橋蛋白和胱抑素C 5種蛋白可以較好地區(qū)分AD患者和非AD患者，這5種蛋白的聯(lián)合檢測的曲線下面積為0.88，顯示了較高的臨床診斷價值。SHI等[18]在蛋白質(zhì)組學(xué)分析和生物信息學(xué)分析的基礎(chǔ)上，從14 000個肽段中篩選出126個肽段，然后通過高精度和靈敏度的多重反應(yīng)監(jiān)測技術(shù)進行定量驗證，結(jié)果顯示SPP1、LRP1、CSF1R、EPHA4和TIMP1等五肽組合可以用于診斷PD；TIMP1和APLP1 2個肽段組合可以用于評估PD嚴重程度。SSc是一種臨床表現(xiàn)為纖維化引起的皮膚增厚，內(nèi)臟纖維化和血管纖維性增生的系統(tǒng)性疾病，目前認為其與免疫系統(tǒng)異常(細胞、體液免疫反應(yīng)與自身抗體的合成)相關(guān)。多個研究組采用質(zhì)譜技術(shù)對患者的血清、唾液、支氣管肺泡灌洗液的蛋白質(zhì)組成進行研究，發(fā)現(xiàn)鈣離子通道家族成員、鈣調(diào)蛋白、網(wǎng)狀局部蛋白1和網(wǎng)狀局部蛋白3等可作為其診斷的候選生物標志物[19]。糖尿病是一種以慢性高血糖癥為特征的代謝性疾病，SHAO等[20]通過質(zhì)譜蛋白質(zhì)組學(xué)輔助技術(shù)發(fā)現(xiàn)糖尿病視網(wǎng)膜病變患者中存在一些差異表達的眼淚蛋白，可能作為糖尿病性視網(wǎng)膜病變的診斷生物標志物。

對蛋白類生物標志物的臨床診斷強烈依賴以抗原-抗體反應(yīng)為核心的各種免疫分析方法，放射免疫分析因放射性污染而被淘汰，電化學(xué)發(fā)光目前仍是主流的分析平臺。免疫分析法有不可避免的局限性：一次分析只能檢測到一種蛋白或有不同轉(zhuǎn)錄后修飾形式的蛋白；檢測結(jié)果受所使用的抗體特異性和穩(wěn)定性的限制，抗體對目標蛋白不能完全地識別而導(dǎo)致測定結(jié)果的偏差。與之相比，質(zhì)譜可以在蛋白質(zhì)組層面對某種疾病進行整體而全面地分析，包括蛋白翻譯后修飾和源自基因組畸變的變體，一次質(zhì)譜分析可以同時準確測定數(shù)十種蛋白，實現(xiàn)多項指標聯(lián)合檢測的目的；質(zhì)譜通過測定目標蛋白的特異性肽段(即一段氨基酸序列)的水平來準確地表征目標蛋白的水平，其特異度更好。這些優(yōu)勢不僅鞏固了基于質(zhì)譜的臨床蛋白質(zhì)組學(xué)在標志物開發(fā)方面的優(yōu)勢，而且還加速了其向常規(guī)分析和臨床實踐的轉(zhuǎn)變[21]。利用質(zhì)譜檢測這些標志物并推廣到臨床還面臨諸多挑戰(zhàn)：(1)樣品一般需要酶解消化、同位素標記等復(fù)雜的前處理過程，耗時較長，且亟須建立嚴格的標準操作程序；(2)多種儀器平臺、電離技術(shù)并存，各有優(yōu)勢和局限性，難以形成如基因組研究比較一致的方法；(3)目前的技術(shù)瓶頸導(dǎo)致特征肽段分析并不能完全代表蛋白質(zhì)的水平，且單次質(zhì)譜分析僅能分析1個標本，限制了臨床檢測通量；(4)質(zhì)譜分析產(chǎn)生的大型數(shù)據(jù)庫需要更完備的數(shù)據(jù)分析策略，不同研究組間的結(jié)果的可比性及重復(fù)性較差，需要大量的樣本驗證。

1.2質(zhì)譜技術(shù)是代謝物類標志物檢測的最佳平臺 代謝組學(xué)研究生物體中相對分子質(zhì)量<1×103的所有代謝物，如激素、氨基酸、多糖等。代謝物可作為生理或病理狀態(tài)的重要指標，并有助于了解疾病的發(fā)生和進展，有可能成為疾病早期診斷、評估治療效果和生存率的有效指標。代謝組學(xué)研究主要有2種策略，即靶向分析和代謝物圖譜分析。靶向分析是指對特定分析物的鑒定和量化；代謝物圖譜分析又稱為非靶向或整體分析，是比較相似樣品中未量化的代謝譜對疾病或外來刺激下的不同反應(yīng)特征。靶向分析和代謝物圖譜分析在生物標志物的發(fā)現(xiàn)中是相輔相成的，首先利用代謝物圖譜分析確定樣品之間代謝譜的差異，然后選擇關(guān)鍵的代謝物作為潛在的生物標志物進行目標代謝物定量，并在臨床標本中進行驗證[22]。質(zhì)譜技術(shù)與氣相色譜、液相色譜、毛細管電泳等分離技術(shù)結(jié)合提高了代謝組學(xué)靶向和非靶向分析的靈敏度、可靠性和分析效率，從而被廣泛地用于代謝組學(xué)研究。氣相色譜-質(zhì)譜因為價格便宜、可操作性強曾被廣泛應(yīng)用，但只有酮和醇等揮發(fā)性化合物(沸點低于300 ℃)才能直接用氣相色譜-質(zhì)譜法進行檢測，對氨基酸和脂類等半揮發(fā)性化合物的分析需要額外的化學(xué)衍生化過程，另外一些帶電荷的大分子不能被分析。利用電噴霧化的“軟”電離方法，可以實現(xiàn)液相色譜-質(zhì)譜的無縫對接，適合于非揮發(fā)性代謝物的直接分析，可以檢測范圍更廣的代謝物。毛細管電泳與質(zhì)譜串聯(lián)通常可以獲得比液相色譜-質(zhì)譜更高的分離效率，可用于處理揮發(fā)性和非揮發(fā)性代謝物，是一種非常有前景的代謝組學(xué)研究工具[23]。

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肝臟是重要的代謝相關(guān)器官，基于質(zhì)譜技術(shù)研究肝臟疾病代謝物的差異是重要的方向。GONZALEZ等[24]采用基于質(zhì)譜的代謝組學(xué)方法來發(fā)現(xiàn)急性肝損傷的潛在生物標志物，結(jié)果顯示包括葡萄糖、氨基酸和膜脂在內(nèi)的幾種代謝物的血清水平均發(fā)生了顯著改變，其中一些與肝臟損傷程度高度相關(guān)。WANG等[25]使用非靶向代謝組學(xué)方法鑒定出44種標志物代謝物可以將黃疸綜合征與健康人群進行鑒別，這些代謝物可以作為其診斷的潛在生物標志物。

代謝改變也是腫瘤發(fā)生的重大特征。XIAO等[26]使用基于液相色譜-質(zhì)譜的代謝組學(xué)方法比較了肝癌患者和肝硬化患者血清中的代謝物水平，結(jié)果顯示甘醇酸，甘脫氧膽酸水平差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。WANG等[27]研究了13種潛在的生物標志物參與肝癌患者的關(guān)鍵代謝途徑，同時糖基去氧膽酸被認為是肝癌診斷和疾病預(yù)后的重要指標。CHEN等[28]研究顯示1-甲基腺苷為肝癌的特征代謝物，將1-甲基腺苷與甲胎蛋白結(jié)合的診斷模型用于肝癌的診斷顯示出更高的靈敏度。HORI等[29]對肺癌患者進行了質(zhì)譜代謝組學(xué)分析，表明代謝物模式的變化對于評估肺癌的臨床特征比較有效，可以據(jù)此建立新型診斷工具。HUANG等[30]研究了乳腺癌診斷的關(guān)鍵代謝通路特征，開發(fā)了基于代謝途徑的疾病診斷代謝組學(xué)模型，早期診斷模型的曲線下面積為0.934。WANG等[31]分析了258例新確診的乳腺癌患者及159例良性乳腺疾病患者的血液代謝物來篩選具有乳腺癌診斷潛力的代謝標志物，建立了由6個血液參數(shù)組成的診斷模型，該模型區(qū)分乳腺癌和非乳腺癌的靈敏度和特異度分別為92.2%和 84.4%。質(zhì)譜平臺能對生物體中數(shù)百至數(shù)千種代謝物進行靈敏且可重現(xiàn)的檢測，基于質(zhì)譜的代謝組學(xué)檢測超出了常規(guī)化學(xué)分析和代謝表型分析的范圍，是代謝物類標志物檢測的最佳平臺，其在疾病發(fā)病機制研究和臨床診療中有廣闊前景。

1.3質(zhì)譜技術(shù)將在基因組學(xué)研究、核酸類生物標志檢測和質(zhì)譜影像分析中發(fā)揮重要作用 基因組學(xué)研究是現(xiàn)代生物科學(xué)的基礎(chǔ)，人類基因組計劃發(fā)現(xiàn)了32 000個人類基因，其中測序技術(shù)功不可沒，更高通量的二代測序、三代測序技術(shù)在測序速度、精度、準確度和成本方面仍在不斷進步。質(zhì)譜技術(shù)能對DNA、RNA的核苷酸及核苷酸/蛋白質(zhì)的非共價復(fù)合體進行全面的檢測，為研究配體、核酸和蛋白質(zhì)之間的相互作用提供了重要信息。盡管在上世紀九十年代質(zhì)譜技術(shù)也被用作測序的分析平臺，但與測序技術(shù)相比缺乏競爭力。質(zhì)譜技術(shù)在遺傳標記的基因分型[單核苷酸多態(tài)性(SNP)、短串聯(lián)重復(fù)序列及其組合測定]，合成寡核苷酸的質(zhì)量控制，脫氧核糖核酸、核糖核酸分子、核酸之間非共價相互作用及核酸、藥物和蛋白質(zhì)相互作用的研究等方面顯示了強大的分析潛力[32]。與基因組比較，轉(zhuǎn)錄組直接反映了在特定條件下活躍表達于細胞中的基因信息，并且與蛋白質(zhì)組的變化密切相關(guān)，相對而言質(zhì)譜技術(shù)在轉(zhuǎn)錄學(xué)研究中的應(yīng)用較少，但基于DNA微陣列的轉(zhuǎn)錄組學(xué)和基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學(xué)的結(jié)合，可以在系統(tǒng)水平上增強對細胞轉(zhuǎn)錄功能的認知[33]。

美國食品藥品監(jiān)督管理局于2014年批準基質(zhì)輔助激光解析串聯(lián)飛行時間質(zhì)譜(MALDI-TOF MS)可用于臨床核酸檢測。與傳統(tǒng)的核酸分析技術(shù)比較，MALDI-TOF MS技術(shù)不僅可以準確地鑒定寡核苷酸序列，還可以快速、有效、準確地鑒別寡核苷酸所攜帶的修飾類型及修飾位點。SNP在遺傳疾病的診斷、篩查、用藥種類及劑量指導(dǎo)等方面有著極其重要的作用，臨床最為常用的SNP檢測手段主要為Sanger測序、熒光定量PCR、低密度基因芯片和焦磷酸測序等，這些方法不能進行多基因、多位點的檢測(如耳聾基因檢測涉及4個基因20個位點)。MALDI-TOF MS可同時檢測多達52個SNP位點，極大地提高多基因多位點的檢測效率。常見的DNA甲基化檢測方法主要有測序、甲基化特異性PCR、熒光定量PCR等，而質(zhì)譜DNA甲基化檢測，在引物設(shè)計、檢測成本及數(shù)據(jù)分析等方面更加便捷、快速和準確，可檢測低至5%的甲基化水平，特異性良好[34]。此外，質(zhì)譜分析可通過SNP等位基因比例對待測標本中目標基因的拷貝數(shù)變異進行定量分析，其原理是檢測待測拷貝片段中存在的SNP，計算峰面積，得出該位點2種基因型的比值，然后推測含不同SNP基因型拷貝的相對比值。

核酸質(zhì)譜分析是一種在PCR基礎(chǔ)之上加入單堿基延伸步驟的方法，由于質(zhì)譜檢測采用的是多重PCR方法，同一反應(yīng)體系內(nèi)引物數(shù)量多，需要格外注意引物間出現(xiàn)互補的情況，避免SNP延伸引物3′端與其他引物超過3個堿基的互補，干擾檢測結(jié)果。此外，設(shè)計的引物與基因組中其他序列應(yīng)無明顯同源性，否則可能會出現(xiàn)錯誤的檢測結(jié)果。與傳統(tǒng)二代、三代高通量測序及芯片等方法比較，核酸質(zhì)譜具有檢測報告周期短、高效率、單樣本檢測費用低等顯著優(yōu)勢。隨著質(zhì)譜技術(shù)和分離純化技術(shù)的進一步發(fā)展，未來利用質(zhì)譜技術(shù)分析核苷酸/修飾化產(chǎn)物的研究會獲得更廣而詳細的數(shù)據(jù)，并顯示出在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

質(zhì)譜影像(MSI)是對組織標本中的代謝物、脂類、蛋白質(zhì)及多肽直接進行分析，并將采集到的信號在組織標本中的空間分布以影像的形式呈現(xiàn)出來[35]。目前用于組織影像分析的電離方式有2種：MALDI和解吸電噴霧離子化(DESI)。用于病理分析的組織切片包括新鮮組織、冷凍組織和石蠟包埋組織，均可以用作MSI分析。藥物的MSI分析可以確定藥物分子在組織的空間分布、藥物分子的代謝產(chǎn)物及相互作用的分子[36]。MSI分析可以精確地確定生物標志物在組織切片的位置，從而判斷腫瘤組織的邊緣和腫瘤組織是否切割完全。在一張組織切片上同時對多種腫瘤標志物進行原位MSI定量分析為癌癥的病理分析增加了新的維度，并且可以更精準地分析腫瘤的異質(zhì)性。DESI-MSI主要分析組織中的小分子(代謝物和脂類)；MALDI-MSI可以分析組織中的多肽和蛋白分子；可以對每個患者的腫瘤分子特征進行分析，實現(xiàn)個性化治療[37]。

2 質(zhì)譜技術(shù)是檢驗科未來發(fā)展的重要亞專業(yè)

與傳統(tǒng)診斷技術(shù)比較，質(zhì)譜技術(shù)有靈敏度、特異度、準確度均高的優(yōu)勢，單次分析可同時精確地檢測出幾十個甚至上百個生物標志物，并可檢測出多種傳統(tǒng)診斷技術(shù)無法檢測到的生物標志物。質(zhì)譜技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗中的應(yīng)用涵蓋了產(chǎn)前檢查、新生兒遺傳篩查、激素和維生素檢測、微生物診斷和藥物濃度檢測等領(lǐng)域。在美國，質(zhì)譜技術(shù)服務(wù)于臨床檢測的項目已達400余項，涉及新生兒篩查、遺傳代謝性疾病檢測、濫用藥物監(jiān)測、代謝物檢查(氨基酸、脂肪酸)、類固醇激素檢測(內(nèi)分泌)、神經(jīng)遞質(zhì)類物質(zhì)、維生素檢測及微生物鑒定等領(lǐng)域。國內(nèi)質(zhì)譜技術(shù)臨床應(yīng)用主要集中在中大型三甲醫(yī)院和第三方檢驗所，開展的項目還不多，主要是集中在微生物鑒定的MALDI-TOF MS、新生兒遺傳代謝性疾病篩查、治療藥物監(jiān)測和維生素測定等[38]。

新生兒遺傳代謝性疾病篩查包括氨基酸代謝異常、糖類代謝異常、脂肪酸氧化障礙、尿素循環(huán)障礙、有機酸代謝異常、核酸代謝異常、金屬元素代謝異常、內(nèi)分泌代謝異常和骨代謝病等，液相色譜-質(zhì)譜已成為新生兒遺傳代謝病篩查的金標準并廣泛用于各種類型代謝病的臨床診斷[39]。

韓麗喬等[40]綜述了液相色譜-質(zhì)譜在臨床類固醇激素、維生素、代謝小分子定量檢測、藥物濃度監(jiān)測及參考方法/參考物質(zhì)研制等方面的發(fā)展和應(yīng)用。最近國內(nèi)也已發(fā)表了包括微量元素質(zhì)譜檢測的一些專家共識[41]。

與傳統(tǒng)的臨床微生物檢測方法比較，質(zhì)譜技術(shù)的優(yōu)勢在于準確且快速，在采集患者標本的當天就可以對標本中的包括細菌、真菌和病毒等微生物進行篩查和鑒定，以便臨床及時有針對性的進行抗微生物治療。MALDI-TOF MS在微生物的臨床應(yīng)用主要是細菌培養(yǎng)后的鑒定，有多中心研究結(jié)果顯示MALDI-TOF MS鑒定各類細菌的準確率高達90%以上[42]。從無菌體液(如尿液、腹水、腦脊液)中直接或增菌后通過MALDI-TOF MS檢測細菌、真菌或分枝桿菌，可以縮短培養(yǎng)時間，加快細菌檢測周期。此外，全自動PCR ESI-MS應(yīng)用于全血標本中的微生物檢測，該技術(shù)采用廣譜的PCR引物以達到檢測全譜微生物的目的，ESI-MS測定PCR擴增后的核苷酸序列，可在8 h內(nèi)完成血中微生物全譜的分析鑒定，并且無需對細菌進行培養(yǎng)[43]。

近年來隨著質(zhì)譜技術(shù)在臨床上的應(yīng)用越來越廣泛，許多基于質(zhì)譜的蛋白大分子檢測如胰島素樣生長因子-1精準檢測、淀粉樣變性分型檢測等被臨床廣泛應(yīng)用[6-7]。另外，檢測多個基因SNP的核酸質(zhì)譜技術(shù)也正在被廣泛評價和應(yīng)用中[44]。

3 大力提升質(zhì)譜技術(shù)的質(zhì)量管理意識和手段，進行多組學(xué)的有效整合研究，使質(zhì)譜技術(shù)更好地服務(wù)于檢驗醫(yī)學(xué)

質(zhì)譜技術(shù)在標志物的發(fā)現(xiàn)和臨床診斷方面取得了長足的進步，然而將該技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)檢驗和臨床檢測還受到一些限制，如缺乏質(zhì)量管理及量值溯源、多組學(xué)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的整合、自動化水平有待提升、缺乏簡化數(shù)據(jù)分析方法等。

3.1提升質(zhì)量管理和量值溯源 目前絕大多數(shù)質(zhì)譜檢測方法為實驗室開發(fā)方法，雖然國內(nèi)外已有部分的參考指導(dǎo)性指南與共識，但臨床質(zhì)譜檢測仍然存在儀器多元化、質(zhì)譜電離方式的多樣化、質(zhì)量分析器的差異性、缺乏量值溯源系統(tǒng)、檢測方法缺乏規(guī)范化和標準化、缺乏法規(guī)和監(jiān)管措施等問題?，F(xiàn)有的質(zhì)譜項目的全國調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，質(zhì)譜方法的優(yōu)點并未真正體現(xiàn)出來，組內(nèi)變異系數(shù)較大，不同實驗室結(jié)果的可比性差，尤其是兒茶酚胺類激素、17-羥基黃體酮等檢測難度較大的項目。高質(zhì)量的質(zhì)譜實驗室的檢測結(jié)果，需要嚴格的質(zhì)量管理和量值溯源，推動參考方法和室間質(zhì)量評價項目的改進，可有效促進臨床質(zhì)譜檢測結(jié)果的標準化，這是一個長期復(fù)雜的任務(wù)，需要多方共同努力。做好質(zhì)譜檢測項目的質(zhì)量評價，建立全國性的臨床質(zhì)譜實驗室間質(zhì)量評價體系，才能有效做好質(zhì)量控制與質(zhì)量保證工作，更好地促進臨床質(zhì)譜項目的開展和推廣。

3.2多組學(xué)的有效整合 疾病本身是生物體因為遺傳及外界環(huán)境的改變而試圖調(diào)整、修復(fù)和保持自身健康所發(fā)生的一系列系統(tǒng)應(yīng)答反應(yīng)。以質(zhì)譜為核心的多組學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展推進了對疾病(如癌癥)的發(fā)生和進展在分子和細胞水平上的研究，在改進醫(yī)學(xué)檢驗水平和提升精準醫(yī)學(xué)方面發(fā)揮了關(guān)鍵的作用[45]。每一種組學(xué)側(cè)重于研究疾病發(fā)生和進展的復(fù)雜病理生理學(xué)的某一個部分，由此導(dǎo)致各種組學(xué)的實驗結(jié)果往往不能相互關(guān)聯(lián)。因此，整合多組學(xué)實驗結(jié)果進行多維度、高分辨的系統(tǒng)生物學(xué)研究對揭示疾病的產(chǎn)生、進展、抗治療性、復(fù)發(fā)的關(guān)鍵機制和發(fā)現(xiàn)精準標志物對疾病進行早期檢測至關(guān)重要[46]。

但目前并沒有很好的多組學(xué)在臨床中的應(yīng)用范例，當前有2種方式的整合多組學(xué)用于精準醫(yī)學(xué)研究：一是根據(jù)已知的分子通路和機制，分析各種檢測到的分析物包括轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物、蛋白質(zhì)、代謝物等。該方法需要預(yù)先了解疾病發(fā)生過程的一些關(guān)鍵分子通路，從而將各種組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)的信使RNA、蛋白質(zhì)、代謝物、非編碼RNA、長鏈非編碼RNA、遺傳序列變異體、DNA甲基化和組蛋白甲基化變體與這些分子通路關(guān)聯(lián)。二是首先分析各種組學(xué)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)度，由此發(fā)現(xiàn)在各種組學(xué)研究中關(guān)聯(lián)度高的分子。該方法的優(yōu)勢是能夠發(fā)現(xiàn)新的與疾病過程相關(guān)的分子和通路，其挑戰(zhàn)是各種組學(xué)數(shù)據(jù)量的不對稱性[47]。

整合多組學(xué)技術(shù)將有助于疾病的精準醫(yī)學(xué)研究，SCHUSSLER-FIORENZA等[48]采用臨床評估、多組學(xué)技術(shù)及可穿戴設(shè)備等手段，對109例有二類糖尿病風(fēng)險的參與者進行了長達8年(中位數(shù)2.8年)的縱向研究，對收集的數(shù)據(jù)進行個性化綜合分析，推導(dǎo)出預(yù)測長期健康結(jié)果的模型。該項研究成果表明所建立的模型可以應(yīng)用于不同科室對疾病的預(yù)測和治療方案的確定，包括心血管科、傳染病科和腫瘤科等，這也是首次展示了整合多組學(xué)技術(shù)在健康結(jié)果預(yù)測中發(fā)揮的重要作用[48]。隨著多組學(xué)發(fā)展日趨成熟，其將成為醫(yī)學(xué)檢驗和精準醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的主要研究平臺并由此發(fā)現(xiàn)全新的疾病早期診斷標志物、預(yù)后監(jiān)測標志物，從而制訂高效個性化精準治療。

3.3臨床質(zhì)譜的自動化和信息化 對于臨床診斷而言，質(zhì)譜相對于傳統(tǒng)技術(shù)的主要優(yōu)勢包括開發(fā)速度快，可同時測定單個樣品中的多種分析物，單次測定成本低，特異性高，適合小分子分析物測定。但也存在儀器成本較高，操作復(fù)雜，學(xué)習(xí)周期長，缺乏技術(shù)人員等問題。不同的生物基質(zhì)前處理方法不同，樣品中遇到的蛋白質(zhì)、鹽和脂質(zhì)水平較高，需要特殊的儀器設(shè)備，實現(xiàn)自動化難度較大。質(zhì)譜儀器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量大，一般不能直接與現(xiàn)有的實驗室(檢驗科)信息系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，需要專業(yè)的技術(shù)人員通過廠商軟件處理數(shù)據(jù)后才能轉(zhuǎn)化為臨床檢驗可報告的結(jié)果，這也是限制質(zhì)譜技術(shù)在臨床推廣的又一因素。質(zhì)譜儀器系統(tǒng)較為復(fù)雜，對實驗室技術(shù)人員的能力要求遠高于常規(guī)醫(yī)學(xué)檢驗系統(tǒng)，加之業(yè)內(nèi)缺乏系統(tǒng)學(xué)習(xí)和相關(guān)技術(shù)背景人才儲備，從事臨床質(zhì)譜技術(shù)人才的市場缺口較大。這些因素都是目前質(zhì)譜技術(shù)在常規(guī)臨床診斷工作流程中應(yīng)用相對有限的原因，所以實現(xiàn)臨床質(zhì)譜的自動化和信息化、加快人才培養(yǎng)才能更好地推動質(zhì)譜技術(shù)在臨床檢驗中的應(yīng)用。

4 小 結(jié)

盡管面臨質(zhì)量管理和量值溯源，以及標準化等諸多問題，但通過各方面努力，臨床質(zhì)譜技術(shù)正在朝著自動化、小型化、人工智能識別模式化等方向發(fā)展，質(zhì)譜技術(shù)在實現(xiàn)精準檢測方面有著強大的潛力和優(yōu)勢。生命科學(xué)研究的重心逐漸轉(zhuǎn)向基因功能，即由測定基因的DNA序列、解釋生命的遺傳信息轉(zhuǎn)移到鑒定有生物學(xué)功能的蛋白類分子、探索人類健康和疾病奧秘的多組學(xué)研究中。臨床質(zhì)譜檢驗正進入到基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)等多組學(xué)整合分析階段。貫徹和執(zhí)行國家精準醫(yī)療戰(zhàn)略，推動臨床質(zhì)譜技術(shù)應(yīng)用的規(guī)范化、標準化，引領(lǐng)中國臨床質(zhì)譜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，更好地服務(wù)于檢驗醫(yī)學(xué)，為人類健康事業(yè)做出更多的貢獻，是醫(yī)學(xué)檢驗人員面臨的重大機遇。