「我当年读博的时候，对蛋白质组学还比较陌生，没想到此后的 20 多年间会在这条路上一直走下去。」

在谈及自己与蛋白质组学的缘分时，有着在南京大学医学院从头搭建稳定高效的蛋白质组学和大数据平台成功经验的方雷教授表示，这既是自己的选择，也是命运的巧合。

「我博士的研究方向是蛋白质的基因工程表达与纯化，毕业后进入美国加州大学 Irvine 分校做博士后研究。当时合作的导师，他的课题组就是最早的一批做生物质谱的实验室。在那里，我接受了非常扎实的蛋白质组学的基本培训，并首次接触到当时代表前沿水平的 QSTAR 蛋白质谱平台。」

在 UC Irvine 期间，方雷教授的主要方向是利用亲和纯化-蛋白质谱研究细胞内的蛋白质复合物。就是在这一阶段，他不仅完成了从实验设计、样品制备到数据采集与分析的完整训练；也逐渐形成了一个更具应用导向的思考：是否可以借助蛋白质组学手段，从临床样本中筛选关键蛋白质标志物，并进一步推动疾病分子机制研究和临床转化。

由于种种限制，这个想法始终未能落地，直到一个契机出现在他的面前。

当时国内蛋白质组学正处在关键阶段，虽然北京、上海等地已建立起国家级或高校蛋白质组学平台，但在医学与生命科学领域，蛋白质组学的使用率和认知度仍然有限。以南京大学医学院为例，尽管当时已配置了先进的质谱设备，但由于蛋白质组学专业人才和系统研究策略的缺乏，平台的潜力尚未得到开发。

与此同时南京大学医学院拥有许多附属医院，有珍贵的临床样本。「如果能利用蛋白质组学的手段去分析这些临床样本，鉴定蛋白标志物，开展疾病发生发展的分子机制研究。就可以很好地辅助医生，实现疾病的早期预测、诊断和治疗，帮助国内更多的患者早日恢复健康。」

于是怀揣着这样的初心，方雷教授毅然决然回到母校，着手建设具有中国特色的蛋白质组学与大数据平台。

「回国初期一切很艰难，我们白手起家，开始的前三年，团队把主要精力都投入到蛋白质组学平台基础设施与体系的建设上，开发了与之匹配的蛋白质组学的数据分析平台。」

平台搭好了，体系完善了，成果自然也水到渠成。2019 年方雷教授团队在蛋白质组学经典杂志 Journal of Proteome Research，发表了首个重要成果，也正式标志着南京大学医学院的蛋白质组学平台体系与流程的成熟。

「我们研究发现，发生大血管侵犯的肝癌病人，尿素循环的 5 个核心酶显著下调。于是尿素循环下调，就可以作为大血管侵犯肝癌的一个标志物。这项成果也成功申请了中国发明专利。」^[1] 此后，南京大学医学院蛋白质组学平台，与南京大学及其附属医院的专家和医生开展广泛的合作，开始持续产出一系列原创性成果。相关研究发表于 Science、Nature Cell Biology、Cell Metabolism、Nature Aging 等国际顶级期刊。

在谈到此前的科研成果时，方雷教授表示，团队与南京大学生命科学院张辰宇教授和陈熹教授合作的年轻小鼠外泌体，提升老年老鼠线粒体功能逆转衰老的机理研究，是让他印象深刻的合作研究之一^[2] 。

「每个人都有返老还童的梦想，我们在研究中发现，把年轻老鼠的血浆外泌体提取后，打到老年老鼠体内，可以让老年老鼠的线粒体功能得到改善，从而起到抵抗衰老的作用。」当时团队采用 iTRAQ 定量蛋白质组学系统，表征了老年老鼠八种主要组织器官，在注射了年轻老鼠血浆外泌体后的整体蛋白质组变化，揭示了线粒体功能的焕活是其抵抗衰老的关键作用机制。

根据方雷教授介绍，这项研究对样品制备、定量流程以及质谱稳定性提出了极高要求。「我们团队通过组织器官获取、样品制备和上机检测等多个环节的优化，在 TripleTOF™ 5600+ 质谱仪上实现了多种组织器官中，总共超过 10,000 个蛋白的定量分析^[2] 。好在这份努力是有回报的，最终不仅研究成果顺利发表在《Nature Aging》，还取得同行的广泛关注和认可。」

在总结团队的经验时，方雷教授表示「我们过往的研究，都是聚焦细节，在过程中持之以恒地关注当下的问题，然后逐个攻破，最终实现创新的突破。」

就是这样短短一句话，背后凝练着方雷教授及其团队十年如一日的努力和坚持，白手起家，从零开始，打造成如今硕果累累的医学蛋白质组学研究平台。

对于蛋白质组学近年来的发展，方雷教授认为，这一领域正在多个方向上同步拓展。

目前蛋白质组学研究领域有几个主要的发展方向：1. 单细胞蛋白质组学，对标单细胞转录组。2. 空间蛋白质组学，提供空间组织不同细胞中蛋白质表达的信息。3. 血液蛋白质组学：高中丰度蛋白质去除+生物质谱，纳米材料富集+生物质谱等。4. 大队列人类组织器官和血液样本的全息蛋白质组学，旨在绘制人类全生命周期、全球性重大疾病及代表性膳食模式、生存环境的蛋白质组图谱并构建导航系统。5. 化学蛋白质组学的兴起，使研究者得以系统解析药物、代谢物、营养分子乃至环境污染物在细胞中的靶点及作用机制，为理解生理调控和疾病发生提供了全新的切入点。

蛋白质组学在揭示疾病机制与发现药物靶点方面已取得显著进展，通过对疾病状态下蛋白质表达、修饰及相互作用的系统解析，研究者已识别出多项驱动疾病进展的关键通路与潜在治疗靶点。然而，与深入的基础研究发现相比，蛋白质组学成果向临床实际应用的转化仍显滞后。比如，在癌症领域，虽然已鉴定出大量肿瘤特异性蛋白标志物和药物作用靶点，但真正进入临床获批作为治疗靶点的仍占少数。值得期待的是，基于质谱的新一代蛋白质组学技术正在加速弥合这一鸿沟。

在方雷教授看来，质谱技术的发展始终是推动蛋白质组学前行的关键因子。蛋白质谱的灵敏度、采集速度等对于目前的蛋白质组学研究，特别是化学蛋白质组学和血液蛋白质组学研究至关重要。因为化学蛋白质组学筛选获得潜在靶点蛋白质的过程中需要对探针富集获得的所有蛋白质进行全蛋白质组的鉴定和定量，而大多数血液标志物蛋白质都是低丰度或极低丰度的细胞因子，这对蛋白质谱仪的性能提出了极大的挑战。

方雷教授指出，随着高分辨率精确质谱以及新一代数据采集模式的成熟，蛋白质组学将获得更稳定、更高通量的技术支撑。自 2023 年起，其实验室开始采用 SCIEX ZenoTOF^® 7600 系统，该系统突破性 ZT Scan DIA 质谱采集技术、四极杆扫描维度以及 Zeno 捕集阱获得丰富 MS/MS 数据，显著提升了检测速度、覆盖深度与定量准确性。这些进步为蛋白质组学研究提供了更强大的工具，将有力推动疾病标志物发现和靶点验证。

SCIEX ZenoTOF^® 7600 系统

在此基础上，蛋白质组学研究者、临床医生与产业界通力协作，多方努力，将通过蛋白质组学发现的疾病蛋白质标志物真正实现临床转化应用，助力疾病早诊早治。

目前方雷教授团队的研究重心，主要集中在化学蛋白质组学和血液蛋白质组学两个方向。

在化学蛋白质组学方面，团队采用 TPP 技术解析药物、代谢物、营养小分子等在细胞中的靶点及作用机制，这对于揭示疾病过程、寻找药物靶点具有重要意义。在血液蛋白质组学中，致力于从病人血液中筛选疾病早期预测和诊断的关键标志物，用于疾病的早期预测、精准诊断、指导用药和疗效预测评估等。

课题组的主要科研攻关方向是内源性代谢物感知蛋白的鉴定及其代谢稳态调控机制研究。团队关注人类代谢性疾病发生过程中水平发生紊乱的内源性代谢物，通过化学蛋白质组学方法获取它们在人体主要代谢器官如肝脏和肾脏中的靶点蛋白，进而探讨其生理性调控功能和参与代谢性疾病发生发展的作用机制。目前诸多成果，正在一些高水平期刊的审稿中，相信不久的将来就能与公众见面。

方雷教授指导研究生使用 SCIEX ZenoTOF^® 7600 系统开展蛋白质组学实验

最后，对于蛋白质组学的未来，方雷教授认为，需要攻克的难点和痛点主要是如何精准、实时地定性和定量表征不同生理病理条件下蛋白质组在单细胞、组织空间和血液中的系统变化。

人体中有几百种不同类型的细胞，每种细胞类型会有不同种类的蛋白质表达模式；而在不同的生理、病理条件下，同种细胞类型中蛋白质表达的种类、丰度、蛋白质翻译后修饰、细胞内定位以及蛋白质-蛋白质之间相互作用都会发生显著的变化，调控机体的状态并参与疾病的发生发展。而这些细胞层面的蛋白质组变化，又会通过外泌体分泌和蛋白质分泌等方式影响我们的体液蛋白质组。

因此，想要更进一步利用好蛋白质组学，挖掘其在生命临床领域的价值，还需要越来越多的后来者前赴后继地坚持与努力。方雷教授搭建的技术平台，促进了蛋白质组学的发展，也为南京大学及其附属医院提供了良好的蛋白质组学的合作研究平台，如今这一平台也成为医学蛋白质组研究人才培养的基地。

方雷教授也对现在或将来从事蛋白质组学研究方向的学生送出了祝福，他鼓励学生们跳出单一技术框架，除了关注蛋白质组学的技术方法外，更重要的是将蛋白质组学工具与生命科学和基础医学，乃至化学和人工智能等学科深度交叉，助力于这些交叉学科的原创性、高水平科学研究，为我们国家原创科研能力的提升贡献力量。

参考文献：

[1] Cao Y, Ding W, Zhang J, Gao Q, Yang H, Cao W, Wang Z, Fang L*, Du R*. Significant down-regulation of urea cycle generates clinically relevant proteomic signature in hepatocellular carcinoma patients with macrovascular invasion. J Proteome Res. 2019 May 3;18(5):2032-2044.

[2] Chen X, Luo Y, Zhu Q, et al. Small extracellular vesicles from young plasma reverse age-related functional declines by improving mitochondrial energy metabolism[J]. Nature Aging, 2024, 4(6): 814-838.