蛋白质组学技术服务行业产业链及竞争格局驱

蛋白质组学技术服务行业产业链及竞争格局驱动因素发展趋势壁垒

1、蛋白质组学的发展概述

蛋白质组的概念于年被正式提出，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。

在年，澳大利亚科学家MarcWilkins便提出了蛋白质组这一概念。在年，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。

2、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。

3、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。

（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。

4、产业链情况

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。

（1）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。

（2）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。

（3）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）基础医院客户，其中基础医学的客户包括医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.

5、市场概况

蛋白质组学技术不仅可以应用于基础科学研究，在临床转化、临床诊断、新药开发、微生物学和植物学中也具有很大的应用潜能。因此，蛋白质组学技术服务同时面向生命科学基础研究、转化医学和临床医学研究以及药物开发。

目前，医院客户的需求主要体现为对基础研究样本、临床组织的蛋白质组分析，进而揭示生命活动规律和疾病机理。工业客户的需求主要体现为药物临床前机理研究、药物靶向发现、蛋白质药物分析（稳定性、免疫原）以及蛋白质生物标志物的发现，以支持其药物研发需求。

6、中国蛋白质组学科研服务市场竞争格局

作为蛋白质组学技术服务市场的重要组成部分，中国蛋白质组学科研服务的主要服务客户为科研机构、医院内从事基础医学研究的研究人员。随着国家在生命科学、基础医学、农业科学等领域科研投入的持续性迅猛增长，蛋白质组学科研服务的技术类型、客户类型和客户数量也在持续快速增长。

7、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。

8、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,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。

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。

9、行业壁垒构成

（1）人才壁垒

蛋白质组学和蛋白质修饰组学对人才队伍的需求苛刻，不仅需要吸引色谱与质谱分析、蛋白质组学、生物化学、蛋白质化学、表观遗传学、分析化学、生物信息学等多领域的高级专业人才，并且要实现诸多不同专业背景人才的相互融合，才能保证较高的综合服务质量，构建竞争优势。

（2）技术壁垒

蛋白质组学和蛋白质修饰组学是精准医学领域中的前沿领域之一，其分析的信息呈动态变化且内部细分学科多元。技术服务提供商需要同时具备强大的多学科整合能力以及蛋白质组学、修饰组学配套试剂的研发能力，才能提供蛋白质组和蛋白质修饰组分析服务，将技术成果投入实践运用。

蛋白质组分析流程复杂，涉及生物化学、蛋白质化学、分析化学、生物信息学等多个交叉学科，需要多年的专业训练和经验积累才能够获得高质量、可靠的分析结果。

（3）资金壁垒

蛋白质组分析及生物信息学分析服务需要大量高水平的研发及生产人员、领先的软硬件设施和研发场地。行业所需的研发、生产人员薪酬水平较高，核心硬件设备昂贵、软件开发难度大周期长，人才培养、软硬件设施搭建及优化和工作地建设所需要的时间周期长，对行业内企业造成了较大资金压力。

新进入行业的企业必须拥有相当的资金实力，以承担发展初期的刚性费用和固定资产投资。

（4）品牌壁垒

蛋白质组学技术服务行业的客户在选择服务供应商时往往优先考虑公司的技术能力及人才水平，重点