2025年7月4日,北疆环境健康大讲堂第七十二期学术报告会成功举办。本次报告我们邀请到了中国科学院大连化学物理研究所的张丽华研究员为我们带来了题为《蛋白质组学分析新技术》的精彩报告。报告由要茂盛教授主持,研究院师生积极参与。

张研究员首先阐述了蛋白质组学的定义与重要性。蛋白质组学研究细胞、器官乃至活体内所有蛋白质的组成、含量、修饰、相互作用及定位。与基因组不同,蛋白质组随着时间和空间动态变化,复杂性极高。其团队自2000年起,在张玉奎院士的带领下,聚焦分析化学优势,开发了一系列蛋白质组学新技术,从定性到定量,再到活细胞中原位构象和相互作用解析,逐步攻克了这些挑战。

张研究员团队开发了一种基于特征碎片离子的蛋白质定量方法,通过优化二甲基化标记技术并引入稳定同位素,显著降低谱图复杂性以实现高精度定量。在PM2.5暴露实验中,团队整合蛋白质组学与代谢组学数据,发现PM2.5通过抑制整合素信号通路和增加氧化应激,扰动碳水化合物及脂类代谢通路。针对蛋白质变体研究,团队采用"Top-Down"策略,优化色谱分离材料使完整蛋白分泌丰容量从200升至600,成功分离单氨基酸差异蛋白变体;在小鼠海马区鉴定3000余个膜蛋白变体,重建氧化呼吸链相互作用网络。团队还开发氮磷酸化修饰富集材料,实现中性条件下组氨酸、赖氨酸和精氨酸磷酸化位点深度鉴定,在AD模型中发现套蛋白385位点氮磷酸化修饰上调并促进蛋白聚集。这一发现为AD的潜在标记物和干预靶点研究提供了重要依据。
为研究线粒体蛋白,团队设计靶向线粒体的光敏探针,在,在活细胞水平上实现特异性标记与富集,捕获低丰度线粒体蛋白,揭示小胶质细胞代谢重编程通路。此外,团队还开发靶向疏水微环境探针提升聚集态蛋白富集选择性,助力渐冻症研究。在干细胞外泌体研究中,开发电场辅助切向流装置实现大体积培养液中外泌体的快速高纯度制备,验证鹿茸干细胞外泌体在皮肤修复、结肠炎治疗及颅骨再生中的效果,展现了作为中药制剂的巨大潜力。张研究员指出,鹿茸外泌体因易穿透血脑屏障、稳定性好等特性,或将成为无细胞治疗的新方向。
张研究员团队还拓展了宏蛋白质组研究,针对海洋微生物开发了磁球基样品制备技术,将深海水样需求量从100升降至1升,显著提高了蛋白鉴定效率。他们发现深海微生物中固碳途径的关键酶,为海洋固氮研究提供了新思路。在空间蛋白组学领域,研发了800纳米级填料将LC-MS分析时间从100分钟缩短至15分钟,同时保持高蛋白鉴定量。他们实现了小鼠海马区77种蛋白变体的空间分布图,发现AD模型中小鼠Aβ蛋白变体的区域性差异,为精准靶向干预提供了依据。
张丽华研究员团队的研究从单一物种扩展到微生物混合物种,从时间尺度延伸到时空尺度,涵盖群体细胞、单细胞及细胞外囊泡的蛋白质组与代谢组分析。他们的技术不仅推动了基础科学研究,还在环境健康、疾病诊断与治疗领域展现了广阔应用前景。张研究员表示,团队将继续与环境健康领域专家合作,开发定制化工具,为解决实际问题贡献力量。