西湖大学绘制出目前世界最精最全人体蛋白质“地图”

发布时间：2026-07-17 都市快报

文章一作岳靓（右一）共同一作姜玟昊（左一）通讯作者郭天南（左二）、朱怡（左三）邱佳琦摄

如果把人体比作一座城市，基因组如同施工图纸，转录组像是把图纸转化成一条条可执行的指令，而真正让这座城市运转起来的，是蛋白质组。心脏的收缩跳动、肝脏的代谢解毒、大脑的记忆思考……所有这些活儿，都由不同的蛋白质协同其他生物分子合作完成，它们共同运行着人体这座“生命之城”。

然而，长期以来，我们对这座“城市”的蛋白质分布知之甚少，不清楚人体不同组织器官的蛋白质的空间分布，也不知道某个药物针对的蛋白质，除了在肿瘤内，还会分布在哪些健康器官中，又可能会误伤哪里。

2026年6月17日，西湖大学郭天南团队联合上海交通大学医学院、哈尔滨医科大学等单位，系统性地绘制出迄今为止分辨率最高、覆盖范围最广的人体蛋白质组空间图谱，相当于为人体安装了一套“蛋白质导航系统”。这项研究成果登上了国际顶级学术期刊《Nature》杂志。

本期北高峰观察“峰云访谈”，我们邀请到了西湖大学郭天南教授团队，揭秘这张人体蛋白质“地图”背后的故事。

人类对蛋白质还知之甚少

记者：我们为什么需要一张人体蛋白质“地图”？

郭天南：过去几十年，科学家已绘制了基因的“图纸”（基因组）和转录的“计划清单”（转录组），但真正执行生物学功能以及几乎所有药物的最终作用靶点，都是蛋白质。

人体内有多少种蛋白质，目前世界上还没有人能给出确切的数字。但有一点可以确定：同一种蛋白质，在不同器官里表达量可能相差成百上千倍。这正是许多创新药在临床试验中因意料之外的副作用而失败的重要原因之一。

人体内究竟有哪些蛋白质？每种蛋白质主要富集在哪些器官？肿瘤发生以后，哪些蛋白质会发生变化？这些变化能不能帮我们找到更安全、更有效的药物？要回答好这些问题，我们就需要绘制一张更宏观、也更贴近生理病理真实图景的人体蛋白质组“导航地图”。

覆盖人体58种主要组织、25种癌症类型

记者：为什么说这是最精最全的蛋白质“地图”？

郭天南：我们收集了近3000份样本，覆盖了人体58种主要组织器官（并细分为250多种具体组织类型）、25种癌症类型，绝大部分都是目前研究没有涉及到的。

我们首次将所有可能被分离出来的、被鉴定出来的组织细胞类型，进行了蛋白质组分析，构建一个包含15332种蛋白质的空间分布图谱，并对其中13609种蛋白质进行准确定量，观察它们在不同器官里的空间分布。从这个角度来看，这份“地图”是目前世界上最精最全的。

但这项研究，我们更愿意把它称为人体蛋白质“地图”1.0版。因为人类对蛋白质组的理解还比较初步，它就像2200多年前秦朝画出的第一张中国地图，虽然覆盖了所有郡县，但细节还不够。我们相信，随着AI等技术的发展，这张“地图”还会有2.0、3.0、4.0……空间分辨率会越来越精准，静态呈现也会变成动态更新。

对癌症进行“追根溯源”

记者：在这张“地图”上，有哪些发现？

郭天南：这张“地图”帮我们更好地对癌症进行“追根溯源”。

我们将上万维的蛋白表达数据压缩到二维平面，来观察不同样本之间的关系。结果显示，样本并非随机散布，而是沿着一条连续轨迹依次排列：胎儿组织、肿瘤组织、配对临

近的非肿瘤组织，最后到健康的成人组织。

可以这样理解这个结果：胎儿细胞多处于尚未完全分化的前体状态，具有较强的增殖能力和可塑性；而许多肿瘤细胞的蛋白质表达模式，会“退回”到类似胎儿期的未成熟状态，因而失去原本的组织功能，并获得更活跃的增殖能力。

这一发现，对理解癌症的发生机制、寻找早期诊断标志物都有重要价值。

此外，团队还发现了2879个肿瘤特异蛋白，它们只在某些特定癌症中才会出现变化。举个例子：胃肠道间质瘤里，居然出现了很多与神经有关的蛋白质。为什么会这样？这是因为这种肿瘤起源于“Cajal间质细胞”，而这种细胞天生就带着神经细胞的某些特点。

这个发现就像找到了能证明癌细胞身份的线索，反过来印证了肿瘤的来源。

更好地管理人体“生命之城”

记者：有了这张“地图”，我们能做什么？

郭天南：简单来说，有了这张蛋白质“地图”，我们才能从“管中窥豹”变成“全局在胸”。这就像是为人体安装了一套“北斗导航”。以前的研究是知道人体这座“生命之城”里有救护车、消防车，现在可以精准知道有多少辆消防车、救护车以及它们的分布情况，这对于“城市管理”有重要作用。

比如，可以为药物的毒副作用分析带来新思路。很多抗癌药在杀死肿瘤的同时，也会损伤肝脏或肾脏，原因就是我们不知道药物靶点在全身的分布情况。现在，这份“地图”能告诉我们针对某种癌症的药物，其靶点在全身哪些地方有分布，从而帮助我们预判和规避潜在的副作用。

比如，在差异表达蛋白中，我们发现有33个蛋白在超过20种癌症里都变得“异常活跃”，它们参与的多是最基本的生命活动，包括DNA复制、抗氧化等。这说明，尽管癌症类型各不相同，却可能共同依赖某些核心生存机制。

于是，一个值得思考的问题就来了：能否针对这些共同蛋白，开发一种能同时对付多种癌症的“广谱抗癌药”？其实理论上是存在可能的。

为制药产业开启“导航”

记者：这项研究有哪些应用前景？

郭天南：应用前景还是非常广阔的，特别是在医药产业，为药物研发提供了人体蛋白质系统参考，初步实现了“看图导航”。我举三个具体的例子：

第一个是“老药新用”。我们发现，一些治疗某种癌症的药物，它们针对的靶点，在其它癌症中同样活跃。比如，一款用于乳腺癌治疗的药物（Trodelvy），它的靶蛋白在子宫内膜癌中同样高表达。这就提示我们，这款药很有可能对子宫内膜癌也有效。这就像为药物开辟了新的“战场”，能大大缩短新药研发的周期和成本。

第二个是“寻找新药靶点”。我们把蛋白质组数据、药物敏感性数据和基因敲除数据结合起来，筛选出了几十种非常有潜力的细胞膜蛋白。这些蛋白在肿瘤里高表达，但在正常组织里几乎不表达，有可能是下一代“精准导弹”（ADC药物）的理想靶点。

第三个是“虚拟细胞”计划。这是我们正在推进的下一步计划。我们希望将这张静态的蛋白质“地图”，和时间维度的动态变化结合起来，利用AI构建一个可预测、可交互的“虚拟细胞”模型。我们希望这个模型在未来可以实现，当我们在计算机里输入一个药物分子和相关的蛋白质组数据时，模型就能判断它对某一类疾病，甚至是对某一个病人是否安全、是否有效，真正实现“在计算机上研发药物”。

蛋白质组学研究，一件很“奢侈”的事

记者：这项研究过程中经历了哪些困难？

岳靓：其实蛋白质组学研究是一件很“奢侈”的事。

传统分析方法做一次实验，要有足够新鲜、足够大的组织样品——至少要像一粒黄豆那么大。即便样品合格，分析一个样品也常常要花上一两天。时间成本、样本门槛和仪器费用叠加在一起，使得做蛋白质组学长久以来非常耗时耗力。

为了攻克这个瓶颈，团队花了大量精力开发出新的微量样本分析方法，仅用芝麻大小的组织样本，就能在一天内完成几十个样品的标准化分析，效率提高了近十倍。

有了新技术，样本收集又是一个巨大的工程。我们要确保样本的来源、处理、存储都符合统一标准，否则就会产生“批次效应”，导致数据无法比较。

我们联合上海交通大学医学院、哈尔滨医科大学等多家单位，对每一份样本都进行了严格的质控，可以说，这项成果是团队和合作伙伴们用近十年的坚持和汗水换来的。

所有研究数据，全球开放共享

记者：这项研究的最大意义是什么？

郭天南：因为基因测序技术相对成熟，世界上绝大多数科学家都在从事基因测序相关的研究和应用，而真正起作用的蛋白质组反而被忽视。现如今，中国在这一领域异军突起，我们不仅绘制了世界首张系统的人体蛋白质蓝图，还在全球率先提出并构建了蛋白质组驱动的“虚拟细胞”理论体系和模型。

我们所有的研究数据已通过公开数据库（db.prottalks.com）向全球开放，任何研究者都可以查询某个蛋白质在人体58种组织中的表达丰度，或者某种癌症中哪些蛋白发生了改变。

我们也收到了很多反馈——有做药物研发的公司来查询ADC靶点，有做基础研究的学者来验证自己的蛋白假设。这个数据库正在成为一个助力生物医药研发与转化的公共资源。