1、蛋白质组学概览：

（1）基因和基因组学：现代生命科学研究的早期，研究人员多从组织水平、细胞水平研究生命现象和生物过程。这些研究多是基于观察而描述生物学现象和过程，对生命现象的本质涉及较少。直到上世纪五十年代DNA双螺旋结构被发现，这一里程碑式的研究成果标志着生命科学研究正式迈进分子生物学时代。

分子生物学是研究核酸、蛋白质等生物大分子的形态、功能、结构特征及其重要性、规律性的学科，是人类从分子水平揭开生命的奥秘，从被动适应自然界转向主动改造自然界的基础学科。作为分子生物学最重要的奠基性成果之一，“中心法则”揭示了以DNA序列为模板，历经转录、翻译最终实现蛋白质表达的全过程。

在上述过程中，含有特定遗传信息的一段DNA序列是分子生物学研究的主要对象。在现代疾病研究领域，分子生物学最突出的成就是揭示某些疾病与特定基因的异常表达及基因突变密切相关，奠定了疾病的分子生物学基础。

早期的分子生物学研究往往聚焦于单个基因或蛋白质分子。随着研究的深入，人们逐渐认识到生命体是一个复杂的网络系统，仅研究单个生物大分子无法了解生命过程和疾病的发生机理，而只有系统性研究生物大分子才能更深入理解生命现象。因此，组学的概念应运而生，即对生物体某一类大分子进行集体表征和定量研究，探究系统层面上生命的奥秘。

1986年提出的基因组学主要研究基因组的结构、功能、进化、表达特征以及对生物体的影响。随着基因测序技术的发展和人类基因组的解码，基因组学在过去二十年间积累了大量数据，推动了生命科学深入发展，并在疾病机理研究、疾病诊断、药物开发等方面催生了“精准医学”的概念和产业化发展。

（2）从基因组学到蛋白质组学：经过美国、英国、法国、德国、日本和中国科学家的共同协作，1990年正式启动的“人类基因组计划”于2005年宣告完成，其宗旨在于测定组成人类染色体（指单倍体）中所包含的30亿个碱基对组成的核苷酸序列，从而绘制人类基因组图谱，并且辨识其载有的基因及其序列，达到破译人类遗传信息的最终目的。虽然基因组测序工作的完成使得人类对自身基因的理解到达新的高度，但是基因仅仅决定了生物具有某个性状的潜能，而生命体最终的性状是由环境和蛋白质的相互作用而体现。紧随“人类基因组计划”的完成，科学家又进一步提出了后基因组计划，即基因功能研究，而蛋白质组学研究是后基因组计划中的一个重要组成部分。

以二代基因测序为代表的分子生物学技术已鉴定多达数亿个人类遗传变异，上述信息虽然有助于科学界加深对生命过程、疾病病理的理解，但是上述遗传变异中的绝大部分并未在蛋白质层次上获得功能上的确认。因此，绝大多数的遗传信息和表型之间仍缺乏联系的桥梁，而这正是蛋白质组学所研究的领域。为解决上述问题，研究人员需要获得海量的蛋白质组数据，并对上述蛋白质组数据进行深入挖掘和验证，只有这样才能充分了解遗传变异和表型之间的关系，理解其生物学的意义。

尽管蛋白质在生命过程中扮演了极为重要的角色，然而相比基因组的研究成熟度而言，蛋白质组目前的研究还不够深入，仍处于早期发展阶段。

（3）蛋白质组学的发展概述：蛋白质组的概念于1994年被正式提出，指生物体或生物样本中所有基因表达的蛋白质及其存在方式。蛋白质组学是一门致力于研究生物体在特定条件、特定时间、特定空间内全部蛋白质的种类、表达、相互作用、修饰状态的学科。

在生命科学大发展的背景下，蛋白质组学的发展离不开样本分离技术和蛋白质检测技术的快速提升，蛋白质组学技术及研究演进历史总结如下图所示：

在1994年，澳大利亚科学家MarcWilkins便提出了蛋白质组这一概念。在2001年，国际人类蛋白质组组织正式宣告成立，进一步推动蛋白质组学研究领域的发展。然而在蛋白质组学概念提出后的初期阶段，受到研究手段以及硬件性能的限制，研究发展十分缓慢。

随着软电离质谱技术以及高分辨率高通量质谱技术的诞生和运用，高通量蛋白质组学研究开始具备必要条件。因其检测具有高灵敏度、高分辨率和高通量的优点，质谱技术得到迅速发展并成为蛋白质组学领域的核心技术，推动了人类蛋白质组计划的实施。近年来多个人类蛋白质组图谱相继发表，加深了人类对蛋白质组学的理解。

新型蛋白质翻译后修饰类型的发现和确认目前只能依赖于基于生物质谱的蛋白质组分析方法。随着蛋白质翻译后修饰的大规模发现和检测分析技术的进一步发展，在组学水平纳入对蛋白质翻译后修饰的分析逐渐成为趋势。对于多种修饰类型的研究有助于加深对病理、药理的理解，为生物医药企业进行药物筛选和药效评估打下了良好基础。

中金企信国际咨询公布的《全球及中国蛋白质组学行业发展趋势分析及竞争格局评估预测报告（2023版）》

（4）蛋白质质谱仪及其分类：蛋白质质谱分析是将样品中蛋白质进行离子化后，通过测定蛋白质的分子离子及碎片的质量数，确定样品的相对分子质量的方法。目标蛋白质分子经过不同电离方式带电后，样品分子失去电子或被打碎，变为带正电荷的分子离子和碎片离子，按照质量（m）和电荷（z）的比值大小（即质荷比大小）依次排列并被记录下来，由此生成的谱图被称为质谱图。基于质谱图，研究者可以获得样本中蛋白质的组成、含量变化以及蛋白质序列等信息。

作为分析蛋白质的核心仪器，蛋白质质谱仪的基本组成结构是相似的，都包括进样系统、离子源、质量分析器、检测器和真空系统，其中离子源、质量分析器和检测器是核心部分。

通过将液相色谱和蛋白质质谱仪的进样系统进行串联，可以降低分析样本中蛋白质的复杂程度，极大提高蛋白质质谱仪的性能，使得混合物的蛋白质组分析成为可能，是目前进行蛋白质组学研究的主要方法。质谱仪的基本组成结构如下所示：

1）进样系统：进样系统的作用是把处于常压状态的样品传输到处于真空状态的离子源处，按照不同的样品导入方法可以分为直接进样法和间接进样法。蛋白质质谱分析普遍采用液相色谱-质谱联用分析技术，将色谱柱分离的组分导入质谱，可以使混合物的直接质谱分析成为可能，极大地拓宽了质谱仪的使用范围。

液相色谱是一种针对成分复杂的混合物而开发的有效分离方法。利用不同物质的物理化学特性差异，选择合适的分离介质，将高度复杂的混合物分离成为若干个成分相对简单的组分，从而实现混合物中各物质的分离。以蛋白质组分析为例，待分析样本中通常可以提取到上万种总蛋白，经过酶的消化处理后得到小分子肽段种类超过数十万，需要先经过液相色谱被分离为数百个组分，大大降低了样本的复杂程度，随后依次进入质谱仪进行分析。减少在单一时间点进入质谱的肽段数目，尽量避免共洗脱肽段对质谱解析的不利影响，从而实现在一个时间段内持续分析样本中的肽段，充分发挥质谱的分析能力，提高蛋白质的鉴定深度和数据可靠性。

2）离子源：离子源的主要功能是为样本离子化提供能量，通过物理化学方法使待检测物电离后形成具有不同质荷比的离子束。在质谱仪发展的早期阶段，离子源多采用高能量电子轰击而使样本带电，这种离子化方法因而被称之为“硬”电离。“硬”电离产生的带电离子往往具有较高的能量而不稳定，会进一步断裂并产生众多碎片，很容易破坏有机分子中的共价键，因此不太适合用于蛋白质分析。ESI（电喷雾电离）以及MALDI（基质辅助激光脱附电离）等“软”电离方法的发明问世使质谱技术应用于生物大分子的高通量质谱分析成为可能，促进了质谱技术在生物学和临床医学研究中的应用和推广。

许多科学家因为开发新型离子源而获得了诺贝尔奖，例如发明MALDI的岛津公司田中耕一和发明ESI的JohnB.Fenn共同获得2002年诺贝尔化学奖。

①ESI的工作原理：含有待分析物质的溶液进入电喷雾探头，通过高电压、高热的毛细管，随着溶剂蒸发，液滴不断雾化而最后生成带电离子。ESI离子源可以和液相色谱连用，适合同时鉴定数千蛋白质。

②MALDI的工作原理：将样品和显著吸收特定光谱的基质分子混合，经过脉冲激光束照射后，样品分子从样品板上脱附而电离。MALDI离子源不适合分析蛋白混合物，但是适合较纯的样本，可以实现快速分析。

3）质量分析器：生物样品中蛋白质分子经离子源电离后进入质谱仪，并经电场加速后，形成高速离子束，进入质量分析器。质量分析器依照带电离子的质荷比而对其分离并记录各种离子的质量数和丰度，用于后续定性与定量分析。质量分析器有两个主要的技术参数：质量范围和分辨率。质量范围决定了能检测到的离子的范围；分辨率决定了质谱仪获得数据的精密度和对谱图有效解析的能力。

现在蛋白质组分析中最常用的四类质量分析器包括离子阱（iontrap）、四极杆（quadrupole）、飞行时间（TOF）以及轨道阱（orbitrap）。每种质量分析器各具特色，质量分析器总结如下表：

目前蛋白质组学主流在蛋白质组分析时，多将上述质量分析器进行串联以发挥其各自的优点，从而达到协同增效的作用，主要包括以下两类：

①四极杆-轨道阱联用质谱仪，以赛默飞的Orbitrap系列质谱仪为代表，常见型号包括OrbitrapID-X™Tribrid™质谱仪、OrbitrapExploris™480质谱仪以及OrbitrapEclipse™Tribrid™质谱仪等。

②四极杆-飞行时间联用质谱仪，以布鲁克的tims-TOF系列质谱仪为代表，常见型号包括tims-TOFPro2质谱仪、tims-TOFHT质谱仪等。

4）检测器：经由质量分析器筛选后的目标离子最终到达检测器，检测器的作用是将得到的目标离子转化为电子，再将电子数量通过多个电极呈指数倍数放大，并将相关信息进行记录。质谱仪检测器的种类很多，不同类型的质量分析器会配备不同的检测器，常用的包括电子倍增器、光电倍增器、微通道板检测器等。

5）数据处理系统：所有的质谱仪都需要一台计算机来配合使用：一是用于仪器的控制，二是作为数据的接收、存储和处理，将质荷比信息通过数据分析最终转化为对应蛋白质种类、含量变化等信息。

（5）蛋白质组学的研究方法：目前蛋白质组学的研究方法主要分为两类：以亲和试剂为基础的高通量蛋白检测和以质谱为核心的蛋白质组分析。

1）以亲和试剂为基础的高通量蛋白检测：以亲和试剂为基础的高通量蛋白质检测主要依靠抗体、核酸适配体等亲和试剂对目标蛋白质进行检测和定量。在此基础上行业发展出反向蛋白质阵列（RPPA）、临近延伸分析（PEA）、适配体扫描等蛋白质组检测技术。

上述蛋白质组检测技术方法的核心要素依赖于亲和试剂的种类以及质量，亲和试剂的质量体现为对目标蛋白质识别的特异性和亲和力。由于目前亲和试剂的种类数量有限，以亲和试剂为基础的高通量蛋白质检测属于靶向式分析，即可分析的蛋白质范围受限于市场上可供选择的亲和试剂，无法检测到范围之外的蛋白质分子。

2）以生物质谱为核心的蛋白质组分析：

以生物质谱为核心的蛋白质组分析兼具靶向式分析和发现式分析的能力，因此被广泛的应用到各类蛋白质组学研究中。常见的以生物质谱仪为基础的蛋白质组分析为“自下而上分析”，主要步骤如下图所示：

蛋白质的分析、鉴定建立在这样一个基本事实上：大多数含有6个氨基酸以上蛋白质多肽序列是唯一的。因此对于较长肽段的鉴定，可以通过肽段序列来匹配蛋白序列数据库从而确定该肽段所对应的蛋白质。

常见的蛋白质组学的分析流程：

①蛋白质提取：从生物样本中提取、纯化蛋白质，去除DNA、碳水化合物、脂类等生物大分子对质谱鉴定的干扰；

②蛋白质酶解：利用特定的酶，将蛋白质大分子降解为分子量较小的肽段，利于后续质谱分析；

③液相色谱分离肽段：生物样本中蛋白质经酶切后，生成种类众多的小分子肽段，通过液相色谱技术将其分离为众多组分，降低样本的复杂程度，有利于后续的质谱分析；

④质谱分析：液相色谱分离出的肽段，进入离子源后，成为带电的肽段离子，质量分析器记录其检测范围中的带电肽段离子的质荷比（分子量/所带电荷数）及其信号强度的信息（一级谱MS1）。随后通常选择信号强度较高的肽段进行裂解，质谱仪记录肽段裂解后碎片的质荷比和信号强度的信息（二级谱MS/MS）；

⑤数据分析：通过专业的质谱软件分析一级谱以及二级谱的信息，和数据库中的理论肽段库信息进行比对，从而获取肽段的序列以及含量信息。此外可以对不同样本中蛋白质含量变化进行分析，根据蛋白质含量的数据变化，进一步研究不同样本中相似蛋白质的表达模式以及异常生物过程等。

（6）蛋白质组学的研究内容：蛋白质组学的研究内容包括定性研究以及定量研究，具体内容总结归纳如下表所示：

（7）蛋白质组学的数据分析方法

根据数据采集方式的不同，可以将蛋白质组学的分析方法进一步细分为数据依赖性分析（DDA）、靶向蛋白质组分析（PRM）和非数据依赖性分析（DIA）。依托上述蛋白质组分析方法将产生丰富的原始质谱数据。生物信息学的核心任务是基于原始质谱数据进行蛋白质或蛋白质翻译后修饰的定性定量分析，找出其中能够解释生物现象或关联临床表型的关键分子信息。依据所分析项目的不同需求，可分为标准化生物信息分析与个性化数据挖掘等不同分析方法，具体如下：

1）标准化的生物学信息分析标准化的生物学信息分析可以对队列样本所鉴定的蛋白质表达信号进行差异化分析和不同层次的功能富集分析，包括显著差异表达蛋白质集合在某些功能组和通路上的富集信息。随着分子生物学以及计算机科学的快速交叉发展，标准化分析流程也可拓展至分子分型、蛋白质互作网络、疾病表型关联、修饰位点分析等细分算法。

2）个性化数据挖掘对于更加复杂的多组学数据或临床大队列项目，生物信息学分析可以根据数据挖掘的需要进行个性化建模，包括宏蛋白质组分析、糖基化蛋白质组分析与磷酸激酶分析、对蛋白质基因组学数据的一致性聚类分析（即分析出在不同的基因突变的情况下蛋白质组的差异表达）、基于药物临床试验数据的生存分析（即筛选可以区分不同生存或疾病发展曲线的关键蛋白标志物）等。更进一步，随着组学数据的不断积累与人工智能领域的快速发展，以机器学习（包含深度学习）为代表的先进算法也在蛋白质组学数据分析中逐渐发挥出其应用优势。例如基于高通量高质量质谱谱图及肽段的氨基酸序列数据训练的神经网络，通过对提取的图谱的定性定量特征进行预测，可以提高搜索数据库的灵敏度和准确度。另外，依托人工智能中各类机器学习方法对多组学数据（基因、转录、蛋白、代谢及医学影像数据等）及对应表型数据（如生存期、药效、疾病状态等）的充分训练、验证与测试，针对多层次的信息或分子可以有效提取和筛选，最终将更有效率和准确地区分实验组与对照组或不同的子型人群，并鉴定其中关键生物标志物集合以实现精准医学的各项应用需求。

2、蛋白质组学的应用

（1）蛋白质组学在基础生命科学中的应用

近年来，随着技术手段的快速发展，蛋白质组学已经从简单的蛋白质定性鉴定拓展到涵盖蛋白质定量表达分析、蛋白质翻译后修饰鉴定和定量、蛋白质互作分析、蛋白质复合物成分解析、空间蛋白质组分析、单细胞蛋白质组分析等多个领域。特别是新型蛋白质翻译后修饰领域近年来已取得众多突破性进展，通过高精度质谱分析，研究人员在组蛋白中鉴定出十余种新型的蛋白质翻译后修饰。真核生物的DNA分子在细胞核内围绕着组蛋白形成核小体，而组蛋白上发生蛋白质翻译后修饰改变了局部区域的电荷属性和空间位阻，影响了DNA和组蛋白缠绕的紧密程度，从而影响基因的表达调控。因此新型蛋白质翻译后修饰的发现极大丰富了基因表达调控的机制，即在不改变DNA序列的前提条件下影响基因表达，对生物过程进行调控，甚至影响个体的表型。蛋白质组学在后基因组学时代的另一突破应用是形成了与基因组学互为补

充的一门新兴学科，蛋白质基因组学。蛋白质基因组学利用基因组和转录组测序数据生成个性化的蛋白质序列数据库来鉴定包含突变位点的肽段。反之，蛋白质组学数据为基因组信息提供了功能背景，并完善了转录组的信息模型。深度挖掘蛋白质基因组学数据可以帮助研究人员深入理解疾病的发生、发展机理；基因突变对于下游表达产物蛋白质的影响；对疾病在分子水平进行分型，指导临床诊断和治疗；鉴定肿瘤特异性新抗原，为开发肿瘤免疫新疗法提供基础。

（2）蛋白质组学在工业领域中的主要应用

蛋白质是生命活动的主要承担者，也是疾病发生发展过程中主要的生物标志物。蛋白质组学集成了高通量和高精准度的特性，在生物学、医学、药学等相关产业领域逐渐得到广泛的应用，具体包括：

（3）蛋白质组学在精准医疗的主要应用：精准医疗是指以个人遗传信息、临床信息和人群队列信息为基础，应用现代遗传技术、分子影像技术、生物信息技术，结合患者的生活环境和生活方式，实现疾病的精准分类和诊断，并制定具有个性化的疾病预防和治疗方案。

自2015年，精准医疗已被确立为我国的国家级发展战略。蛋白质组学结合自身高灵敏度、高通量、高效等特点，在“精准医疗”中具有广阔的应用前景，致力于在研发、诊断、治疗和预后的全周期价值链中发挥效用，具体如下：

3、蛋白质组学市场发展现状及发展趋势：

（1）发展现状：

1）产业链上中下游生态介绍：随着蛋白质组学技术的进一步开放和应用，围绕着蛋白质组学的产业链也逐渐明晰。蛋白质组学技术不仅可以被应用于基础科学研究，更在药物开发、临床医学、转化医学等研究中具有很大的应用潜能。得益于质谱技术、蛋白质分离技术、生物化学技术和计算机技术的快速发展，蛋白质组学市场已经形成了涵盖上游质谱仪器和蛋白质组学试剂供应商、中游蛋白质组学技术服务公司和下游蛋白质组学终端客户的完整产业链条。

2）产业链上游介绍:蛋白质组学产业链的上游主要包括赛默飞、布鲁克等质谱仪供应商和赛默飞、CST等试剂供应商，为产业开展蛋白质组学活动提供基础试剂和分析仪器。中游为蛋白质组学技术服务供应商，包括景杰生物、华大基因、中科新生命、诺禾致源等。下游为技术服务的终端用户，包括高校、科研院所、医院以及生物医药企业等，通过采购蛋白质组学技术服务进一步从事科学研究、疾病研究以及药物研发等活动。

3）产业链中游介绍:当前处于产业链中游的蛋白质组学技术服务企业大多具有成立时间短、发展速度快、市场估值高等特点。这些企业依靠自己的创新技术占领了相应的市场生态地位，整个产业链中游仍处于快速发展时期。

在蛋白质组学行业，欧美企业布局早，经过多年发展成熟后逐渐得到资本市场认可，已有包括Seer（Nasdaq:SEER）、Olink（Nasdaq:OLK）、Nautilius（Nasdaq:NAUT）、Quantum-Si（Nasdaq:QSI）以及Somalogic（Nasdaq:SLGC）在内的多家生物科技公司从2020年开始陆续通过IPO或SPAC等方式登陆纳斯达克市场上市交易。与之相比，国内企业起步较晚，目前形成了以景杰生物、中科新生命等为代表专注于蛋白质组学的企业，以及以诺禾致源、华大基因等为代表的主营业务为基因组学业务同时提供蛋白质组学业务的大型成熟企业。

4）产业链下游介绍：

蛋白质组学产业的下游客户主要包括以下三类：

①基础研究客户，包括高校和科研院所的研究人员。客户通过研究不同状态下各类生物样本中的蛋白质组以及蛋白质翻译后修饰的组成及其变化，从而在蛋白质组水平发现并解释生物学的某一机理及对应的表型变化。

②基础医学与转化医学的医院客户，其中基础医学的客户包括医学研究机构与大型医院的基础医学研究工作者，他们通过对各种临床样本的蛋白质组与蛋白质修饰组分析，揭示某一疾病的生理、病理过程，分析导致某种生理现象或病理状态的机制；转化医学客户包括临床医师和转化医学研究人员，客户通过分析某种疾病的临床样本中蛋白质组表达谱和修饰谱的变化，寻找异常表达蛋白或异常的蛋白质修饰作为潜在药物靶点，以及进行后续药物开发；也可根据异常表达蛋白或异常的蛋白质修饰作为潜在的生物标志物，对患者进行精准分子分型和合理用药指导。

③新药开发的工业客户，包括大型药企和生物医药企业。客户可以选择多种

蛋白质组学技术，用于新药开发的临床前研究，确定新药的作用机制；或在药物的临床试验阶段（尤其是Ⅱ、Ⅲ期临床试验）寻找并鉴定药物的敏感标志物，加速药物开发的速度，提高成功率。

（2）市场驱动因素：

1）蛋白质组学在生命科学与医学研究和应用中的地位进一步凸显：随着人类等生物体全基因组序列测序的完成和测序技术的成熟，作为生命个体的设计蓝图的基因组中包含的信息已经得到了相对充分的挖掘。随之而来更深入的科学问题集中于相同的基因组为什么会表达出不同的蛋白质组，蛋白质组作为生命功能的最终执行者以何种机制完成生命个体复杂的生理过程以及何种原因导致了病理状态的发生和发展。在后基因组学时代，以蛋白质组学为核心的组学技术正成为生命科学和生物医学研究的核心驱动力之一。

2）突破新药研发效率与成功率瓶颈的驱动：在当前业界主流的药物研发模式下，投入多、周期长、效率低、成功率低是难以克服的行业痛点。很大一部分进入Ⅰ、Ⅱ期临床试验的药物分子无法顺利进入Ⅲ期临床试验；即使是进入Ⅲ期临床试验的药物分子，其Ⅰ、Ⅱ期临床试验结果仍无法对Ⅲ期临床试验结果进行有效预测。这些现象揭示出临床试验设计的缺陷，即缺乏特异性高、对药效有预测性质的生物标志物来挑选最适合的病人入组进行临床试验。

帕博利珠单抗（pembrolizumab）的成功关键之一是利用病人肿瘤组织中的PD-L1的表达量作为入组临床试验的筛选标准。考虑到蛋白质与疾病发生发展的直接联系，利用蛋白质组学寻找药敏标志物、优化临床试验设计，使得提高药物研发成功率成为可能。

3）有望解决精准医学发展的困境：基因组学时代的精准医学是以寻找驱动基因突变为基础的模式。但越来越多的证据表明，基因组学鉴定到的数量庞大的基因突中只有少数的突变被证明是驱动基因突变。而依据驱动基因突变成功研发的靶向治疗药物，在带有此突变基因的病人群体中的治疗有效率依然不高。单纯以基因突变进行疾病诊断的模式仍存在一定不足，间接导致了当前精准医学的发展困境。导致疾病发生的三个内在因素中，基因突变直接引起疾病发生的比例有限，而很大一部分致病因素是由蛋白质表达量异常及蛋白质修饰异常引起的。因此，为应对精准医学当前所面临的困境，突破口之一就是在蛋白质组与蛋白质修饰组的维度上深刻理解疾病的精准状态，并进一步用于精准诊断与生物标志物驱动的精准新药开发。

（3）未来发展趋势：

1）蛋白质组学在生命科学与生物医学的应用场景持续扩大：后基因组学时代的生命科学研究的聚焦方向之一是研究基因功能和基因表达调控机制。以CRISPR技术为代表的基因编辑技术已日趋成熟，通过对接受基因编辑的个体的蛋白质组进行系统分析，研究人员可以更深层次阐明该基因表达

产物对个体的影响。蛋白质组分析发现的新型组蛋白修饰，使得研究人员得以研究和阐释从细胞代谢到基因表达调控的新机制，成为表观遗传学未来研究重点。

未来聚焦方向之二是探索人体免疫系统。近年来人们逐渐意识到自身的免疫系统对于治疗癌症等复杂疾病的巨大潜力，也成功研发了包括PD-1抗体、CAR-T细胞疗法等以激活自身免疫系统为基础的创新疗法。然而免疫系统仍然有很多未知领域亟待探索，其中以探究不同免疫细胞亚型的功能最为关键。蛋白质组学可以对从血液或组织中分离富集的不同的免疫细胞亚型进行分析，找到在各种免疫细胞中被特异激活的信号通路，为后续确定其功能提供数据支持。

未来聚焦方向之三是研究人体稳态和与人体共生的微生物组。越来越多的研究证据表明，肠道中的微生物群不仅提供了人体必需的维生素，也参与维持人体稳态和免疫系统以及影响病人对特定药物的敏感度。由于肠道微生物菌群包含数量庞大的各类细菌，蛋白质组学中的分支宏蛋白质组学可以通过混合样本中的蛋白信息进行种属溯源，从而获得每个种属细菌中蛋白表达量的具体信息。研究人员通过比较不同个体或者相同个体不同生理状态下的宏蛋白质组，从而研究肠道菌群对于人体健康和疾病的影响。

未来聚焦方向之四是通过单细胞蛋白质组学进一步理解生命过程。得益于微流控技术、无损样本处理和超高灵敏度质谱等技术发展，近年来以质谱为基础的单细胞蛋白质组学已实现在单个细胞水平鉴定超过1,000种蛋白的技术水平，在生殖细胞发育、肿瘤异质性、肿瘤微环境和特殊形态细胞分析等领域发挥了重要的驱动作用。随着质谱灵敏度的进一步提升，单细胞蛋白质组学有望对构成组织的细胞进行精准分群、绘制每个细胞亚群的蛋白表达谱并深入理解细胞之间的相互作用以及病灶组织的形成机理。

2）支持精准医学全产业链的升级转型：在后基因组学时代，精准医学发展的突破口之一是以蛋白质组学数据为基础，通过结合多组学数据实现多维度分析临床样本、全面理解疾病机理以及发现包括诊断标志物、药敏标志物、抗药标志物、预后标志物在内的满足不同临床需求的蛋白质生物标志物。精准医学的未来转型升级将给蛋白质组学企业，特别是兼具生物标志物鉴定和相应伴随诊断试剂开发的企业带来巨大的市场机遇。

3）开拓创新型药物的研发模式：创新型药物涵盖两个重要的内容，包括靶点的创新和作用机制的创新。转化医学是将基础医学研究和临床治疗连接起来的一种新的思维方式，通过对临床样本进行以蛋白质组学为核心的多组学分析，以期发现新靶点及全面认识疾病机理，从而开发创新型药物。

利用蛋白质组学对大规模临床样本的蛋白组和修饰组进行深度挖掘，不仅可以在病灶组织中寻找到异常表达的蛋白质作为潜在的药物靶点，还可以通过比较病灶组织和正常组织之间蛋白质表达谱和修饰谱的区别，分析疾病发生机理。在此基础上，研究人员可以对药物作用机制进行更合理、有针对性的设计，如根据病灶组织中免疫相关蛋白质分子的指标设计药物，激活自身免疫系统；针对多靶点的药物组合，克服肿瘤异质性、减少抗药性发生的几率等。

以蛋白质组学为核心的转化医学在未来将会带来新的药物研发思路和模式，进一步提高创新药物研发的效率和成功率。

4）临床蛋白质组学具备巨大发展空间：临床蛋白质组学泛指所有以临床样本为分析对象的蛋白质组分析，其分支之一是在大队列人群中进行生物标志物的验证。蛋白质生物标志物一般是由发现性蛋白质组分析从相对少量的样本中鉴定而来，但后续验证工作是在几百甚至上千人样本的大队列分析中完成。以质谱为基础的靶向蛋白质组学在这类大队列分析上具备通量、灵敏度和特异性的明显优势。基于在生物标志物验证中的独特优势，靶向蛋白质组学被顶级期刊《自然•方法》评选为2012年年度方法。

随着精准医学和转化医学的快速发展，越来越多新发现蛋白质生物标志物的验证工作，将为靶向蛋白质组分析带来巨大的市场需求。针对经过验证、通过审批后的生物标志物，靶向蛋白质组学能够迅速开发相应的临床诊断方法，通过检测病人样本，为医生进行诊断和用药提供数据支持。

此外，生物标志物的临床检测的未来发展趋势之一是多通路检测，即在单次检测中包含多个生物标志物，达到全面了解病理状态的目的。与传统的免疫组化和酶联免疫吸附等临床检测方法相比，靶向蛋白质组分析可以在相同灵敏度的基础上，发挥高特异性的优势，提高多通路检测的准确性。