关键词：蛋白质组、宿主-病原体互作、感染性疾病

研究思路和成果：

我们所处的环境中存在着各种各样的病原微生物，它们在适当的条件下能够识别并侵入到寄主的体内，导致很多感染性疾病，严重威胁着人类的健康。虽然抗生素的应用能够有效控制多数的细菌性感染，但其局限性和抗药性的弊端也已经日益显现。在此背景下，人们需要更深入地理解病原菌和宿主之间的相互作用过程，并藉此开发更有效的治疗和预防手段。由于病原菌和宿主之间的识别从本质上讲是蛋白质之间的相互作用，因此蛋白质组技术在该领域研究中发挥了重要作用。最在此，我们以近期在Molecular Systems Biology上刊载的一篇综述文章为基础[1]，向大家介绍该领域的研究方法和案例。

病原体入侵包括几个基本的步骤：

1，病原体和宿主细胞相互识别，通过内吞或者膜融合等方式进入到宿主细胞内；

2，病原体与宿主细胞发生一系列的相互作用，病原体能够干扰宿主细胞的免疫系统、劫持宿主细胞的部分原件为病原体利用；

3，实现病原体本身的复制、增殖和释放。

蛋白质组在病原菌生活史的各个环节都有重要的应用，如图1所示：蛋白质组技术能够发现新的互作蛋白复合体、解析病毒侵染前后宿主和病原体蛋白的表达和翻译后修饰变化、解析侵染过程中的蛋白质动态时空分布变化。

在研究复合体互作的方面，主要策略是结合免疫共沉淀（co-IP）的方法，使用SILAC或者label-free的技术来比较侵染前后及侵染过程中蛋白互作情况变化（图2）。使用这种方法的典型例子是2015年, Cell Reports报道HCV病毒侵染会增强SRFBP1与CD18蛋白的结合，进一步验证发现的确SRFBP1对HCV的侵染过程有重要作用[2]。

高通量蛋白质组技术非常适合于分析病原体侵染过程中的宿主/病原体蛋白的表达和时空分布差异情况，为侵染增殖的机制提供信息和解释（图3）。早在2014年，哈佛大学的Steven Gygi实验组就在Cell上发表相关论文，他们发现HCMV病毒侵染人类细胞不同时间点的蛋白质组变化情况，并将该方法命名为“quantitative temporal viromics(QTV)”，认为该方法在病毒等病原体和宿主相互作用研究中发挥重要作用[3]。在此基础上，2016年Cell System上报道了细胞各个亚细胞组分的蛋白在感染不同时期的差异变化，从而将原本的时间轴的蛋白质差异表达进一步深入到了时间和空间的蛋白质差异分布[4]。

除了蛋白质表达量的差异，各种各样的翻译后修饰（PTMs）也对蛋白质的功能有重要的调节作用。在宿主-病原体互作领域，翻译后修饰的重要意义也已得到不少研究结果的支持(图4)。例如，病原体可以通过泛素化降解某些宿主防御相关的蛋白，进而营造有利于侵染的环境，病原体可以通过修饰来劫持宿主的信号通路体系为己所用，同时宿主也会通过磷酸化、乙酰化等来启动相应的信号转导过程。病原体和宿主之间的相互作用构成复杂的调节网络，是未来研究的重点方向。基于生物质谱的蛋白质组学技术作为目前研究翻译后修饰最有力的工具，无疑将在该领域的研究中发挥越来越重要的作用。

基础研究的意义在于最终的实际应用，除了机制的解析为未来的治疗手段提供理论基础以外，蛋白质组技术在实际的临床检测和诊断中的作用也日益引起了人们的重视。当今医学已经进入了“精准医学”的时代，而除了研究火热的癌症分型及biomarker筛选以外，蛋白质组技术在感染性疾病的检测中也将大有用武之地。当前很多感染性疾病，如HIV的确诊依赖于血清的IHV抗体阳性诊断，但HIV的潜伏期较长，抗体难以有效检出，是这种传统检测方法的主要缺点之一。而蛋白质组技术有望改善这类疾病的检测方法，包括两个方面：首先通过高通量地筛选患者血清中的蛋白质组，寻找出病人早期特异的biomarker，这些biomarker可以来自于病原体或者是宿主本身；然后，使用高精确度和灵敏度的靶向蛋白质组技术（如PRM为代表的靶向蛋白质组学）进行验证和临床检测。临床蛋白质组体系有望在未来引领检测领域的深刻变革。

总结：这篇综述详细总结了蛋白质组技术在宿主-病原体相互作用，及其应用于感染性疾病领域的研究和应用思路。蛋白质组技术可以从蛋白复合体分析、差异蛋白筛选、翻译后修饰检测等多个层次来解析宿主-病原体的相互作用。同时，基于高通量和靶向的临床蛋白质组体系有望在未来引起感染性疾病检测领域的变革。