首都医科大学陈巍团队运用4D蛋白质组揭示慢性乙型肝炎分子特征

摘要：慢性乙型肝炎（CHB）是由乙肝肝炎病毒（HBV）持续感染引起的，肝脏在持续感染过程中产生疤痕组织的过程会导致肝纤维化，严重的可能导致肝硬化、肝衰竭、甚至是肝癌。

研究背景

慢性乙型肝炎（CHB）是由乙肝肝炎病毒（HBV）持续感染引起的，肝脏在持续感染过程中产生疤痕组织的过程会导致肝纤维化，严重的可能导致肝硬化、肝衰竭、甚至是肝癌。

尽管评估肝纤维化的金标准是肝穿刺活检（Liver Biopsy），但它是有创的，存在取样误差、出血风险、患者依从性差等缺陷，因此无法频繁进行。现有无创手段，比如像APRI、FIB-4等血清指数或肝脏硬度测量（LSM by FibroScan）虽然无创，但在区分轻中度纤维化和监测抗病毒治疗过程中纤维化的动态变化方面不够敏感。因此，临床亟需一种高精度、无创、能动态监测纤维化逆转的生物标志物。这项研究正是为了解决这个需求。

前言

2025年8月，首都医科大学陈巍、尤红、孙亚朦在Nature Communications期刊（IF：15.7）发表题为 “Serological proteomic characterization for monitoring liver fibrosis regression in chronic hepatitis B patients on treatment”的研究成果，利用4D-DIA蛋白组学结合PRM蛋白组学技术监测了慢性乙型肝炎患者在抗病毒治疗过程中肝纤维化逆转的血清蛋白分子特征【欧易生物提供4D-DIA蛋白组以及PRM蛋白组学检测服务】。

研究思路

图1 研究思路总结

研究结果

1、肝纤维化患者抗病毒治疗（AVT）期间，纤维化逆转者与非逆转者之间血清蛋白质组动力学相似

为了确定抗病毒治疗期间纤维化逆转与非逆转者之间的差异蛋白，作者利用4D-DIA蛋白组学技术分析了130名接受AVT及肝穿刺活检的肝纤维化CHB患者的配对血清样本，共定量了518种高可信度的血清蛋白。经过对纤维化逆转患者前后的血清蛋白组的差异分析，以及短期和长期AVT组别的血清蛋白组差异分析，发现不同纤维化结果的患者之间，AVT诱导的蛋白质组学动力学具有相似性。血清蛋白质组的保守动力学特征强调了传统假设驱动方法在识别AVT期间组织学纤维化改善的血清学生物标志物的挑战。

图2 AVT 期间纤维化逆转者与非逆转者血清学蛋白质组学动力学比较

2、抗病毒治疗会导致纤维化逆转和非逆转血清蛋白组学发生渐进性变化

通过对短期抗病毒治疗和长期抗病毒治疗后的差异蛋白分子间的比对分析，发现在长期接受抗病毒治疗后，纤维化逆转者的血清蛋白质组学变化程度比未逆转者更为显著。长期抗病毒治疗后纤维化逆转者的33种差异蛋白（治疗后/治疗前比值）达到了具有临床意义的鉴别能力（AUC > 0.70），表明它们有可能作为纤维化逆转的生物标志物。

随后，作者对纤维化逆转状态和抗病毒治疗周期的差异蛋白分别做了GO和KEGG富集分析，富集分析结果显示无论治疗持续时间长短，纤维化特异性信号在肝纤维化逆转及不逆转患者中均持续恢复，凸显了即使是组织学纤维化未逆转，持续的抗病毒治疗仍有利于促进血清蛋白质组重塑。

图3 接受AVT的纤维化逆转者和非逆转者血清学蛋白质组的丰度和功能改变

3、用于监测慢性乙型肝炎患者在短期抗病毒治疗后肝纤维化逆转的血清蛋白质组学检测组合

为了筛选短期抗病毒治疗的纤维化逆转和未逆转患者间的特异性变化的血清蛋白，作者采用机器学习，建立了一个由7个蛋白组成集合用于区分抗病毒治疗中的肝纤维化逆转状态，这些蛋白分别是：CETP、CNTN1、PON3、IDH1、PSAP、SERPINA5以及CFHR4。

为了评估这个蛋白模型是否过拟合，作者在训练样本中进行了1000次的随机抽样验证，并做了一个独立的PRM蛋白组学验证实验，证实了该模型诊断纤维化逆转状态的AUC为0.79（95%置信区间：0.66 - 0.91），确认了其作为监测慢性乙型肝炎患者接受抗病毒治疗后短期内纤维化逆转的非侵入性生物标志物的稳定性能。

图4 区分短期AVT后肝纤维化逆转状态的ML模型

4、用于监测慢性乙型肝炎患者长期抗病毒治疗后肝纤维化逆转的血清蛋白质组学检测组合

为了确定长期抗病毒治疗后纤维化逆转的血清标志物，作者同样使用四种机器学习算法，并进行十次五折交叉验证，确定了一个包含三种蛋白质的最小血清学组合：SERPINA7、CD163和CFHR4。通过逻辑回归模型计算得到的这个蛋白模型在训练集和测试集中的AUC分别为0.87和0.68。该模型在外部PRM-MS验证队列（AUC = 0.75）中也表现出较好的区分能力。

图5 区分长期AVT后肝纤维化逆转状态的ML模型

5、针对正在接受治疗的慢性乙型肝炎患者，比较短期和长期血清蛋白质组学检测方案在监测肝纤维化逆转方面的效果

对短期与长期蛋白质组合标志物的系统性比较显示，其在监测AVT诱导的肝纤维化逆转方面具有明显的时间动态差异性。短期标志物在长期抗病毒治疗后失去对纤维化逆转状态的判别能力，而长期标志物同样无法对短期抗病毒治疗后的结局进行分层。这一发现证实了纤维化逆转和未逆转患者之间血清学蛋白质组依赖于持续病毒治疗的周期长短。CFHR4是长期与短期标志物中唯一共有的保守生物标志物。该蛋白在训练集、测试集及合并发现在队列中均显示出对长期抗病毒治疗反应的中等诊断性能，但在外部PRM-MS验证队列中诊断性能较差（AUC=0.60）。

纵向轨迹分析发现，长期蛋白质组合标志物SERPINA7、CD163和CFHR4，在4D-DIA发现组和PRM验证组中都表现出一致的方向性变化。其中SERPINA7在抗病毒治疗前升高，且在长期病毒治疗后下调，CFHR4在治疗前的肝纤维化恶化过程中是不断下降的，在抗病毒治疗后是升高的。此外，GSEA富集分析也显示长期抗病毒治疗逆转肝脏纤维化状态可能是通过凝血和补体途径实现。

图6 长期蛋白质组组合生物标志物的纵向动力学和功能表征

研究结论

该研究通过将蛋白质组学动态变化与组织学结局相关联，为慢性乙型肝炎相关肝纤维化的监测提供了可行工具，解决了抗病毒治疗过程中慢乙肝纤维化监测的临床需求；长期随访血清蛋白质组合与补体-凝血系统激活存在关联，为揭示抗病毒治疗诱导功能恢复的机制提供了重要见解。本研究融合蛋白质组学技术与机器学习驱动的生物标志物发现策略，推动了无创纤维化监测领域的发展。其优势体现在技术严谨性、验证深度以及通路发现的生物学合理性，但队列规模、诊断性能及机制阐释方面的局限性提示，仍需开展多中心验证和功能研究以推动这些发现向临床实践转化。

利用4D-DIA蛋白组学结合PRM蛋白组学技术监测了慢性乙型肝炎在短期抗病毒治疗和长期抗病毒治疗过程中的蛋白组学。通过多种机器学习的算法筛选得到了几个关键血清蛋白与抗病毒治疗过程中的肝脏纤维化逆转高度相关，为后续乙肝患者抗病毒治疗过程中无创检测肝脏纤维化逆转提供了新的研究方向。

原文链接：DOI: 10.1038/s41467-025-63006-z

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