解碼蛋白質(zhì)組學(xué) 揭開生命的奧秘
——記復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院研究員周峰

干思思

周峰

隨著人類基因組計(jì)劃帷幕的落下，后基因組時(shí)代正式登上了時(shí)代的廣闊舞臺，研究這些基因的表達(dá)和調(diào)控成為首要任務(wù)，在這一背景下，蛋白質(zhì)組學(xué)的研究成為21世紀(jì)生命科學(xué)的戰(zhàn)略任務(wù)。

事實(shí)上，蛋白質(zhì)組學(xué)是一門大規(guī)模、高通量、系統(tǒng)化地研究某一類型細(xì)胞、組織或體液中的所有蛋白質(zhì)組成及其功能的新興學(xué)科?！芭c基因檢測不同，蛋白質(zhì)因?yàn)椴荒軘U(kuò)增，很多表達(dá)量低的蛋白質(zhì)，在蛋白質(zhì)組學(xué)平臺里是無法被看到的。而無法看到它們就無法進(jìn)行后續(xù)的研究工作?！睆?fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院研究員周峰說。

為了突破這一局限，周峰團(tuán)隊(duì)通過多年的研究創(chuàng)新，建立了超高靈敏度蛋白質(zhì)組學(xué)平臺。通過這一平臺，研究人員可以看到通過通常的蛋白質(zhì)組學(xué)手段無法看到的一些低表達(dá)量蛋白，其高靈敏度及高覆蓋率，能夠?yàn)榻鉀Q目前在疾病發(fā)病機(jī)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(xù)研究。在這一平臺及相關(guān)科研技術(shù)的支撐下，他們在傳染性疾病、傳染疾病干預(yù)手段研究、生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)研究等方面開展了一系列探索，并主持和參與了多項(xiàng)國家和省部級項(xiàng)目。迄今為止，周峰以通訊作者或第一作者在包括《細(xì)胞》（

Cell

）

、

《自然·細(xì)胞生物學(xué)》（

Nature Cell Biology

）

、

《自然·微生物學(xué)》（

Nature Microbiology

）等國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文十余篇，在國內(nèi)外研究領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)生了廣泛影響。

從復(fù)旦到哈佛，走進(jìn)蛋白質(zhì)組學(xué)世界

人類基因組計(jì)劃由美國科學(xué)家于1985年率先提出，于1990年正式啟動(dòng)。按照這個(gè)計(jì)劃的設(shè)想，在2005年，要把人體內(nèi)約2.5萬個(gè)基因密碼全部解開，同時(shí)繪制出人類基因的圖譜。在這一計(jì)劃的盛行時(shí)期，周峰還是一名在復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系就讀的普通大學(xué)生，那時(shí)候他就閱讀并收聽了許多有關(guān)人類基因組計(jì)劃的報(bào)告，并在這些報(bào)告中了解到：雖然人類現(xiàn)在把基因數(shù)據(jù)給測試出來了，但是如何對其進(jìn)行解讀，仍是當(dāng)時(shí)科研界亟待解決的問題。

“基因是遺傳物質(zhì)，但蛋白質(zhì)才是生命活動(dòng)的體現(xiàn)者和直接執(zhí)行者?！边@是當(dāng)時(shí)分子生物學(xué)界的科學(xué)家們的普遍共識。在這一背景之下，后基因組時(shí)代悄然來臨，在后基因組時(shí)代，最重要的工作就是弄清基因的全部蛋白質(zhì)產(chǎn)物及其結(jié)構(gòu)和功能。彼時(shí)正在攻讀碩士學(xué)位的周峰，首次接觸到了蛋白質(zhì)組學(xué)的研究，并對這一領(lǐng)域有了更加深刻的理解，決心投身于此開展相關(guān)工作。

“蛋白質(zhì)檢測一直是困擾蛋白質(zhì)組學(xué)研究的關(guān)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(lǐng)域做出更多的突破成果，2007年7月，周峰前往美國哈佛醫(yī)學(xué)院從事博士后研究工作。在這一時(shí)期，他將主要研究方向放在超高靈敏度蛋白質(zhì)組學(xué)研究上，通過7年的探索與實(shí)踐，最終順利建立了超高靈敏度蛋白質(zhì)組學(xué)平臺。這一平臺，不僅能夠?qū)τ苫驒z測所能發(fā)現(xiàn)的靶點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步分析，檢驗(yàn)?zāi)切┗驅(qū)用姘l(fā)生的變化是否也在蛋白質(zhì)的層面得到驗(yàn)證，還能為進(jìn)一步利用功能學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證研究人員所發(fā)現(xiàn)的疾病的分子發(fā)病機(jī)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(zhì)組學(xué)相關(guān)研究中的進(jìn)一步研究開拓。

回國效力，基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控新突破

“將自己多年的科研積累回報(bào)給祖國的科研事業(yè)”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(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院開始了新一輪的科研征程，在超高靈敏度蛋白質(zhì)組學(xué)平臺的支撐下，開展創(chuàng)新性探索。

隨著功能基因組學(xué)的飛速發(fā)展，對調(diào)控基因表達(dá)的順式和反式作用元件進(jìn)行系統(tǒng)研究成為當(dāng)前亟須填補(bǔ)的領(lǐng)域空白。人體有非常多的細(xì)胞，比如皮膚細(xì)胞、血液細(xì)胞、免疫細(xì)胞等，而這些細(xì)胞之所以能夠成為特殊類型的細(xì)胞，則是因?yàn)槠渥陨砭哂袥Q定這些細(xì)胞功能命運(yùn)的轉(zhuǎn)錄因子。但是，在這一過程中，最終決定這些基因打開和關(guān)閉的關(guān)鍵因子仍是蛋白質(zhì)。究竟哪些蛋白質(zhì)參與了一些關(guān)鍵性基因的打開和關(guān)閉呢？這一問題，引起了周峰及其科研團(tuán)隊(duì)的強(qiáng)烈關(guān)注。

面對這一領(lǐng)域內(nèi)多年懸而未決的科研問題，周峰及其科研團(tuán)隊(duì)展開了一系列探索。但研究道路并不是一帆風(fēng)順的?！捌鋵?shí)載有人類龐大遺傳信息的基因組,是一部由30億個(gè)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(gè)，如要從30億堿基對里邊將其鑒別且精準(zhǔn)定位出來，難度極其之大。除此之外，基因轉(zhuǎn)錄還與細(xì)胞周期相關(guān)，每5～10個(gè)細(xì)胞中，可能只有一個(gè)細(xì)胞正在進(jìn)行某一個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄，蛋白量極低，導(dǎo)致檢測難度很大?！敝芊褰榻B說。

雖然困難重重，但周峰團(tuán)隊(duì)并未放棄探索。功夫不負(fù)有心人，2017年，周峰與西南醫(yī)學(xué)中心徐劍教授以共同通訊作者在《細(xì)胞》（Cell）雜志上發(fā)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(diǎn)特異原位DNA-蛋白質(zhì)以及其他元件的互作網(wǎng)絡(luò)。這項(xiàng)工作是表觀和基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控領(lǐng)域的重大技術(shù)進(jìn)展，一定程度上解決了困擾領(lǐng)域幾十年的技術(shù)瓶頸問題，第一次讓領(lǐng)域?qū)＜铱吹浇鉀Q這一技術(shù)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(diǎn)進(jìn)行全面挖掘，在原位發(fā)現(xiàn)對DNA的轉(zhuǎn)錄起到重要調(diào)控作用的蛋白質(zhì)及其他元件，這種3D互作組學(xué)手段有助于科研人員今后就調(diào)控元件與疾病和發(fā)育的關(guān)系做進(jìn)一步深入研究。

潛心科研，助力艾滋病全新藥物開發(fā)

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(chǎn)生的。而其中的關(guān)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(shí)現(xiàn)自己的研究設(shè)想，這一切都需要時(shí)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(gè)人的研究團(tuán)隊(duì)。在研究中，周峰十分注重與其他學(xué)科團(tuán)隊(duì)的交叉合作，并十分關(guān)注各個(gè)領(lǐng)域的最新科研進(jìn)展，從中挖掘出不一樣的科研思路，以此開展后續(xù)研究。

不斷創(chuàng)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(jié)下了豐碩的果實(shí)。2019年3月，他與清華大學(xué)藥學(xué)院譚旭課題組、美國喬治梅森大學(xué)吳云濤課題組合作，通過高靈敏度深度覆蓋蛋白質(zhì)譜技術(shù)和病毒學(xué)研究發(fā)現(xiàn)人類細(xì)胞中的一種新型抗艾滋病毒蛋白PSGL-1，更是引起了國內(nèi)外的強(qiáng)烈關(guān)注。

艾滋病是一種危害性極大的傳染病。這一疾病自20世紀(jì)80年代就已被定義，并一直被研究到現(xiàn)在?！捌鋵?shí)，在艾滋病的研究中，面臨著一個(gè)非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，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(dá)出來的蛋白質(zhì)所展開的。眾所周知，艾滋病是因?yàn)楦腥景滩《疽?，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(huì)使很多常規(guī)藥物失去效果?！敝芊逭f。

通過高靈敏度蛋白質(zhì)組學(xué)，周峰與合作者們首次發(fā)現(xiàn)并證實(shí)了PSGL-1是一個(gè)具有全新抗病毒機(jī)制的抗艾滋病毒蛋白，證實(shí)了艾滋病毒確實(shí)能夠通過病毒蛋白u(yù)（Vpu）招募泛素酶復(fù)合物來降解PSGL-1以逃逸人體的天然免疫系統(tǒng)。抑制Vpu對PSGL-1的拮抗有望成為抗艾滋病毒藥物開發(fā)的新方向。相關(guān)研究發(fā)表在微生物領(lǐng)域權(quán)威期刊《自然·微生物學(xué)》(Nature Microbiology)上，引起了國內(nèi)外科研界的廣泛關(guān)注。

從20世紀(jì)90年代接觸到蛋白質(zhì)組學(xué)研究，周峰在這一領(lǐng)域研究中始終保持著最初的赤誠，并邁出了關(guān)鍵而堅(jiān)實(shí)的腳步。今后，在超高靈敏度蛋白質(zhì)組學(xué)平臺的支撐下，他還將引領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)更多疾病的早期診斷標(biāo)志和制藥靶點(diǎn)，研發(fā)出可以真正落地的藥物，為蛋白質(zhì)組學(xué)研究致力于醫(yī)學(xué)科學(xué)和生命科學(xué)事業(yè)的發(fā)展作出自己的貢獻(xiàn)，使研究更好地造福于社會(huì)大眾。