邻近连接反应(Proximity Ligation Assay, PLA),作为蛋白相互作用(Protein-Protein Interactions, PPIs)与翻译后修饰(Post-Translational Modifications, PTMs)检测领域的常用技术,凭借其原理上的可操作性在基础科研广泛应用。然而,PLA 在分辨率、定量可靠性、数据分析效率及临床转化价值等方面存在固有局限,难以满足更高的需求。
在此背景下,HAWK Biosystems 公司基于FRET-FLIM原理开发了一种新的蛋白功能检测技术——QF-Pro,并利用PD-1/PD-L1相互作用检测,SKBR3 细胞的Akt/PKB激活等一系列对比实验,从分辨率、定量能力、重复性等方面全面证明QF-Pro技术是一种比PLA技术更有效的蛋白质功能分析工具。
1. 分辨率
检测分辨率,直接决定了对蛋白相互作用的真实识别能力。PLA 技术的最高分辨率仅40nm,使其难以区分蛋白是空间邻近还是真实相互作用,易产生假阳性结果。而 QF-Pro 技术实现了 10nm 级超高分辨率,能够精准判断标志物间是否存在真实的功能相互作用。
在药物阻断 CHO-K1 细胞与Jurkat细胞的PD-1/PD-L1相互作用检测实验中,QF-Pro 的高分辨率与高灵敏度,成功检测到抗 PD-1 阻断抗体对PD-1/PD-L1相互作用的阻断效果;而 PLA 因分辨率不足,未能捕捉到这一关键变化(图1)。
图1 不同浓度抗 PD-1 阻断抗体对PD-1/PD-L1相互作用的阻断效果检测。QF-Pro能够准确识别PD-1阻断抗体对PD-1/PD-L1相互作用的阻断效果(左),而PLA技术无法在该细胞模型中识别该阻断效果(右)
2. 定量能力
定量的准确性与可靠性是科研数据价值的核心保障。PLA 本质上属于定性评估,动态范围较低,其量化过程依赖操作人员手动计数 “每细胞信号点数”,主观性强、难以捕捉实验条件间的细微差异。
在 SKBR3 细胞的蛋白激酶 B(Protein Kinase B, Akt/PKB)激活状态实验中,面对基态与表皮生长因子(Epidermal Growth Factor, EGF)强刺激状态的显著差异,PLA所采用的人工计数方式无法识别两组间的统计学差异;而 QF-Pro依托FRET原理,以蓝色向绿色 / 黄色的梯度信号转换,直观且精准地量化了不同实验条件下的蛋白激活状态差异,数据客观可追溯,为科研结论提供了坚实支撑(图2)。
图2 EGF激活SKBR3 细胞的Akt/PKB水平检测。QF -Pro能够准确定量分析基态与不同激活时长的情况下Akt/PKB的活化水平差异(左),PLA无法识别Akt/PKB激活水平(右)。
3. 数据分析效率与重复性
数据分析的便捷性与结果的重复性直接影响科研效率与数据可信度。PLA 的数据分析流程繁琐且耗时,需操作人员进行视觉强度对比或信号点计数,即便借助 ImageJ 软件的 “颗粒分析(Analyse Particles)” 功能做后处理,仍因 “信号点大小不均” 等问题无法区分实验条件,导致主观偏差和低重复性。而 QF-Pro 的信号呈现直观清晰,无需复杂后处理即可完成量化分析。
以PD-1/PD-L1相互作用水平检测实验为例,真实患者组织样本中,QF-Pro无需繁琐预处理就能清晰呈现 PD-1/PD-L1 功能性结合状态,数据分析效率高同时避免了主观偏差,而PLA的人工计数方式无法有效区分不同PD-1/PD-L1作用水平(图3)。
图3 PD-1/PD-L1相互作用水平检测对比,PLA依赖人工计数(右),实验繁琐且稳定性差,QF-Pro自动识别(左),稳定性好
4. 临床转化能力:经实证验证,具备明确临床价值
检测技术的临床转化潜力至关重要。在针对 19 例非小细胞肺癌(Non-Small Cell Lung Cancer, NSCLC)患者的临床验证中,PLA 检测的细胞相互作用数(平均值、中位数、最大值)均未展现出任何治疗反应预测趋势(p=0.868),无法为临床治疗决策提供有效支持。
而 QF-Pro 量化的 PD-1/PD-L1 相互作用数据,不仅显著预测了患者对 PD-1/PD-L1 疗法的反应(p<0.005),相关研究结果还发表于《临床肿瘤学杂志》(Journal of Clinical Oncology)。即便在仅 19 例的小样本队列中,仍保持了稳定的预测性能,充分证实了其在临床疗效预测中的实用价值,为精准医疗落地提供了关键技术支撑(图4)。
图4 19例非小细胞肺癌患者用QF-Pro和PLA技术评估PD-1/PD-L1免疫治疗后效果对比
结语
PLA 技术作为传统的蛋白相互作用检测手段,需要在分辨率、定量能力、数据分析效率及临床转化价值等多个方面进行升级,而Hawk公司的QF-Pro 技术基于FRET/FLIM(荧光共振能量转移 / 荧光寿命成像显微镜)原理,以 10 nm 分辨率在原位量化功能蛋白作用,实现了完美的补充和迭代,提供了更精准、高效、可靠的检测方案。
厂家介绍
HAWK Biosystems是一家源自西班牙的创新型生物科技企业,聚焦空间功能蛋白质组学领域,其核心技术 QF-Pro® 平台基于 FRET/FLIM(荧光共振能量转移 / 荧光寿命成像显微镜)原理, 具有超高分辨率、高特异性与灵敏度。
该系统以双抗体双位点捕获目标蛋白,以 10 nm 分辨率原位量化功能蛋白的空间图谱,精准量化组织中蛋白质的相互作用与功能状态,突破了传统技术仅能检测蛋白质表达的局限。适用于如石蜡包埋的切片、固定的组织切片、固定的孔板内细胞等;广泛用于蛋白-蛋白相互作用,蛋白翻译后修饰,免疫治疗有效性评估、肿瘤微环境信号解析、药物靶点原位验证等方向。
Violet 3.0 超高精度原位蛋白功能定量分析系统
环亚生物与 HAWK 的合作关系
环亚生物科技有限公司(APG BIO)已正式成为 HAWK Biosystems 在中国地区的独家代理商,全权负责 HAWK 核心技术与产品的全链条事务。作为深耕中国生命科学领域的专业服务商,环亚生物将依托自身成熟的技术支持体系与市场网络,为国内研究者提供 QF-Pro® 空间蛋白质定量分析平台的推广、销售、应用培训及售后保障等一站式服务。