《Gene》：How similar are humans and chimpanzees in expressed proteins as estimated by mass spectrometry–based serum proteomics?
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本研究聚焦于人类与黑猩猩在表现型上的显著差异与其基因序列高度相似之间的矛盾。为深入探究两者的分子本质差异，研究人员采用前沿的4D蛋白质组学技术，对两者血清表达蛋白质进行了全面分析。研究发现，两者在血清蛋白质表达上仅具66%相似性（若纳入差异表达蛋白则降至44%），显著低于基因组相似度，揭示了基因表达调控及翻译后修饰在物种分化中的核心作用，为理解人类特异性生理与免疫特征提供了关键分子依据。
长久以来，人类与黑猩猩在基因层面上的高度相似性（早期估计差异仅为1.5%）一直与两者在生理、认知、行为等宏观特征上的巨大差异形成鲜明对比。近年来更精准的全基因组测序表明，两者的遗传差异实际上更大约为15%，但这仍无法充分解释为何在体型、大脑结构、社会行为乃至疾病易感性上，这两个物种展现出如此迥异的面貌。这引出了一个根本性的科学问题：决定物种特异性特征的关键机制究竟藏在哪里？生命活动的最终执行者是蛋白质，它们是基因表达的产物，并且受到复杂的转录后及翻译后修饰调控。因此，仅仅比较基因的线性序列，或许就像只看了剧本的大纲，而忽略了导演的诠释、演员的表演以及后期剪辑的加工——最终的“影片”（即表现型）可能截然不同。因此，直接从蛋白质层面进行比较，尤其是分析包含身体各组织分泌蛋白质的血清，被认为是揭示人类与黑猩猩本质差异的关键。发表在《Gene》杂志上的这项研究，正是通过最先进的质谱蛋白质组学技术，对两者的血清蛋白质组进行了深度“普查”，旨在精确量化它们在表达蛋白质层面的相似性，并探寻造成差异的分子路径。
研究人员采用了一项核心的组合技术来开展这项研究：首先，他们获取了人类与黑猩猩的混合血清样本并进行预处理，通过白蛋白和IgG去除试剂盒（Albumin IgG Depletion Spintrap? Kit）去除了高丰度蛋白以富集低丰度蛋白。随后，经过蛋白质定量和胰蛋白酶消化，将蛋白质转化为多肽。接下来，研究的关键在于使用了纳升级高效液相色谱与高精度串联质谱仪（nanoHPLC coupled with a hybrid timsTOF Pro mass spectrometer）进行分析，该仪器在数据依赖性采集模式下运行，能够实现对复杂多肽混合物的高分辨率、高灵敏度检测。最后，利用MaxQuant软件对原始质谱数据进行蛋白质鉴定和定量，并通过Perseus、STRING和Cytoscape等生物信息学工具进行差异蛋白分析、蛋白质-蛋白质相互作用网络构建以及功能富集分析，从而系统比较了两者血清蛋白质组的异同。
3.1. 色谱多肽谱图分析
研究人员首先比较了人类与黑猩猩血清样品酶解后多肽的高效液相色谱图。通过将两者的平均色谱图叠加并计算相关性，发现基于色谱保留行为的相似性仅为14%，而各自的三个技术重复之间相似性高达97%。这初步提示，两者血清中表达蛋白质的多肽组成存在显著差异。
4. 蛋白质组学分析
通过基于多肽氨基酸序列的质谱鉴定，研究共识别出1024个蛋白质组。韦恩图分析显示，其中有563个蛋白质（55.0%）为两者共有，206个蛋白质（20.1%）仅存在于人类血清，255个蛋白质（24.9%）仅存在于黑猩猩血清。基于此，研究得出第一个核心结论：若仅考虑在血清中被检测到的蛋白质（定性差异），人类与黑猩猩具有66%的相似性（即44%的差异）。主成分分析（PCA）也清晰地展示了两个物种血清蛋白质组的明显分离，验证了技术重复的高重复性和两组样本间的显著差异。
5. 黑猩猩与人类血清蛋白质组的组成和功能差异
除了上述定性差异，研究还分析了共有蛋白质中的差异表达蛋白（DEP）。火山图显示，在共享的蛋白质中，有118个（占共享蛋白的21%）存在表达量上的显著差异。其中，以黑猩猩血清为参照，73个蛋白上调，45个蛋白下调。若采用一个较不严格的相似性评估标准，将44%的独特表达蛋白差异与22%的差异表达蛋白差异相加，则人类与黑猩猩在血清蛋白质层面的差异高达66%。
5.1. PPI网络和功能分析
为探究物种间高丰度蛋白质的功能关系，研究构建了蛋白质-蛋白质相互作用网络。分析发现，人类和黑猩猩的PPI网络存在明显差异，黑猩猩网络包含179个节点和837条边，而人类网络包含81个节点和561条边。进一步的基因本体论分析揭示了功能上的异同：两者在“生物调节”、“对刺激的反应”等基本生物学过程上相似。但人类血清蛋白质组在“防御反应”、“免疫系统过程”和“对外部刺激的反应”等术语上更具代表性；而黑猩猩血清则在“多细胞生物过程”、“发育过程”等方面更突出。在分子功能上，人类血清蛋白富集了“抗原结合”、“内肽酶抑制剂活性”、“免疫球蛋白受体结合”等功能，这与其更强的免疫特征相符。
特别值得注意的是，人类血清中免疫球蛋白相关蛋白的比例（73%，184个蛋白）显著高于黑猩猩（50%，163个蛋白）。这一发现可能源于人类更广泛的种群规模和地理分布，需要应对更多样化的病原体，从而进化出了更强大和多样化的免疫工具库。这种免疫反应模式的不同，也解释了为何人类可能面临更高的自身免疫性疾病风险。
5.2. 分子复合体检测
通过分子复合体检测算法，研究进一步识别了每个物种PPI网络中的核心功能模块。在黑猩猩血清中发现的六个模块中，M2_CH模块尤为突出，它富集了六种胰岛素样生长因子结合蛋白。这些蛋白与胰岛素样生长因子II结合，在调节肌肉组织发育、能量代谢等方面扮演关键角色。其更高的丰度可能指向黑猩猩在肌肉发育和能量代谢上与人类存在根本性差异。相比之下，在人类血清的核心模块中，富集了更多与脂蛋白相关的过程，这可能暗示了物种特异性的心血管风险因素。
研究的结论与讨论部分，再次强调了其核心发现与重要意义。通过对最具代表性的人类蛋白质组群——血清蛋白质组的全面分析，本研究量化了人类与黑猩猩在表达蛋白质层面的相似性。严格基于蛋白质的定性存在，两者相似性为66%；若放宽标准，纳入表达量的差异，相似性则降至44%。这一显著的蛋白质组差异，与两者约85%的基因组相似性形成了强烈对比，有力地表明，物种间巨大的表型差异主要源于基因表达调控层面（如选择性剪接、表观遗传调控）以及转录后和翻译后修饰所导致的蛋白质表达谱的深刻不同，而不仅仅是基因序列本身的差异。血清蛋白质组的分析揭示了关键的功能性分歧。人类血清显示出更强的免疫反应特征，特别是免疫球蛋白相关蛋白的丰度更高，这或许是人类能够适应更广泛地理环境和病原体压力的分子基础，但也可能关联到更高的自身免疫疾病易感性。黑猩猩血清中胰岛素样生长因子结合蛋白家族的显著富集，则指向其在肌肉发育和能量代谢上可能存在的独特适应性。这些发现为理解两个物种在免疫系统、肌肉生理和代谢疾病易感性等方面的差异提供了具体的分子线索和趋势。总而言之，这项探索性研究证明，基于质谱的蛋白质组学能够有效地揭示人类与黑猩猩在分子层面的深刻分歧，这些分歧主要体现在表达蛋白质的层面上。研究预计，随着单细胞蛋白质组学等技术的飞速发展，未来将能对更多关键生物样本（如特定脑细胞群体）进行更精细的分析，从而验证并深化本次基于血清蛋白质组得出的“66%相似性”这一初步估计，最终更完整地绘制出塑造人类独特性的分子蓝图。
