閆彪

摘 要：蛋白質(zhì)組是基因組表達的全部蛋白質(zhì)，即某一物種、個體、器官、組織或細胞基因組的全部蛋白質(zhì)產(chǎn)物的表達譜，蛋白質(zhì)組表達的是一個動態(tài)的概念，通過蛋白質(zhì)的分離技術(shù)和鑒定技術(shù)能夠更深入的研究蛋白質(zhì)組學。

關(guān)鍵詞：蛋白質(zhì)組；分離技術(shù)；鑒定技術(shù)

蛋白質(zhì)組的研究內(nèi)容主要包括三個大的方面：一是建立一個細胞或機體在正常情況下的蛋白質(zhì)文庫或稱參考圖譜，及組成蛋白質(zhì)組；二是研究在各種條件下蛋白質(zhì)的變化，注重那些可能涉及到特定功能機制的蛋白質(zhì)群體，成為功能蛋白質(zhì)組；三是蛋白質(zhì)組生物信息學的研究，即采用計算機技術(shù)和信息論方法對蛋白質(zhì)組學研究中獲得的大量的數(shù)據(jù)進行采集、儲存、傳遞、檢索、分析及解讀，以揭示和預測重要的生物信息。

一、蛋白質(zhì)組學研究進展

蛋白質(zhì)組學的研究方法與技術(shù)可以分為三個方面：一是蛋白質(zhì)分離技術(shù)，包括以凝膠為基礎(chǔ)的2-D技術(shù)以及不需要凝膠的分離技術(shù)；二是蛋白質(zhì)鑒定技術(shù)，主要包括各種各樣的生物質(zhì)譜技術(shù)等；三是生物信息學技術(shù)，包括各種分析軟件和蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫等。

二、蛋白質(zhì)分離技術(shù)的進展

1.聚丙烯酰胺凝膠雙向電泳技術(shù)。1975年，OFarrell和Klose建立了聚丙烯酰胺凝膠雙向電泳技術(shù)。雙向電泳基于蛋白質(zhì)電荷特性分離的等電聚焦作為第一向，以含有陰離子去污劑的SDS-PAGE電泳作為第二向，蛋白質(zhì)的分離完全基于其兩個獨立的物化參數(shù)—電荷和蛋白亞基分子量的大小，這樣就把復雜蛋白質(zhì)混合物在二維平面上分開。聚丙烯酰胺凝膠雙向電泳技術(shù)目前仍然是研究蛋白質(zhì)組學應(yīng)用最多的技術(shù)。

2.雙向熒光差異凝膠雙向電泳技術(shù)。1997年，Jon Minden實驗室的Unlu等將標記了不同熒光染料的樣品混合后在同一塊凝膠中進行雙向電泳，極大地提高了實驗結(jié)果的重復性和定量的準確性。雙向熒光差異凝膠電泳（two-dimensional fluorescence differential gel electrophoresis，2D-DIGE）的基本原理是在進行電泳之前分別以Cy2、Cy3 和Cy5三種熒光染料對蛋白質(zhì)樣品進行標記 （其中包括一個作為內(nèi)標的蛋白質(zhì)），在同一塊膠上進行雙向電泳。電泳結(jié)果分別用3種不同的激發(fā)波長得到不同顏色的熒光信號，依據(jù)這些信號的比例判斷樣品之間蛋白質(zhì)存在的差異。魏英杰等應(yīng)用雙向熒光差異凝膠電泳技術(shù)篩選獲得5個與心力衰竭密切相關(guān)的蛋白質(zhì)標志物，這些標志物可能與心力衰竭發(fā)生的分子機制相關(guān)。

3.“雙向”高效柱層析技術(shù)。分離純化蛋白質(zhì)的另一有效方法是“雙向”高效柱層析。它首先是進行一次分子篩柱層析，從柱上流出的蛋白質(zhì)峰自動進入第二向?qū)游?，這第二向?qū)游鍪抢玫鞍踪|(zhì)表面疏水性進行分離的反向柱層析，第二次分離的原理與雙向電泳中利用蛋白質(zhì)等電點分離完全不同，它的優(yōu)點是加樣量可以適當放大，分離的蛋白質(zhì)較多；另一個優(yōu)點是流出的蛋白質(zhì)可以直接進入質(zhì)譜進行鑒定。Shin等就將該技術(shù)應(yīng)用于哺乳動物的蛋白質(zhì)組學的研究，并取得了一定的成果。

三、蛋白質(zhì)鑒定技術(shù)的進展

1.質(zhì)譜技術(shù)的應(yīng)用。質(zhì)譜是蛋白質(zhì)組研究中的關(guān)鍵技術(shù)，已經(jīng)成為最有效的蛋白質(zhì)鑒定工具。質(zhì)譜最重要的技術(shù)是將被分析的分子變成中氣相的離子，其基本原理是樣品分子離子活化后，根據(jù)不同離子間的質(zhì)荷比（m/z）的差異來分離并確定相對分子質(zhì)量。陳益定等應(yīng)用表面增強激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜儀（SELDI- TOF- MS），測定了147例血清標本（其中大腸癌55例，健康人92例）的蛋白質(zhì)質(zhì)譜，得到該方法對大腸癌的檢出率為82.6%（19/23），排除率為91.9%（34/37）。

2.同位素親和標簽技術(shù)的應(yīng)用。同位素親和標簽（Isotope Coded Affinity Tags，ICAT）由Aebersold和其合作者開發(fā)的一種包含在無膠蛋白質(zhì)組流程中的同位素標記技術(shù)，能夠精確的分析不同樣品中蛋白質(zhì)表達量的差異。他們提出能夠使兩種同位素在形式上具有明顯的區(qū)別的試劑，即同位素標記的親和標簽（isotope-coded affinity tag，ICAT）試劑。也有研究者利用ICAT技術(shù)單獨選擇某一種感興趣的蛋白質(zhì)，檢測其表達含量的變化，這種方法也被稱為質(zhì)譜免疫印跡法（mass western）。

3.酵母雙雜交系統(tǒng)的應(yīng)用。1989年美國紐約州立大學的Fields和Song首先描述了酵母雙雜交系統(tǒng)（yeast two-hybrid system）。酵母雙雜交系統(tǒng)基本思路就是只有靶蛋白和誘餌蛋白特異結(jié)合后，其中的誘餌蛋白結(jié)合域報道基因的啟動子才能啟動報道基因在酵母細胞內(nèi)的表達，通過檢測報道基因表達產(chǎn)物判別作為“誘餌”和“靶蛋白”的分析法。齊兵等用酵母雙雜交系統(tǒng)，從人肺細胞系（wl-38）cDNA文庫中克隆了一個asy相互作用蛋白基因asyip（asyinteractingprotein）。asyip基因的大量表達能抑制腫瘤細胞saos-2的生長，誘發(fā)細胞凋亡。

4.蛋白質(zhì)芯片的應(yīng)用。蛋白質(zhì)芯片是將各種微量純化的蛋白質(zhì)陣列在一種高密度的固相載體上，并與待測樣品雜交，以測定相應(yīng)蛋白質(zhì)的性質(zhì)、特征以及蛋白質(zhì)與生物大分子之間的相互作用的方法。蛋白質(zhì)芯片具有高通量、靈敏度較高、重復性好、操作自動化等優(yōu)點，該方法也成為蛋白質(zhì)鑒定的一項比較有效的技術(shù)。肖雪媛等應(yīng)用蛋白質(zhì)芯片技術(shù)從血清中篩選到了肺癌標志蛋白。

5.蛋白質(zhì)組生物信息學。蛋白質(zhì)組生物信息學的研究內(nèi)容主要包括大量蛋白質(zhì)組學實驗信息的產(chǎn)生，對這些數(shù)據(jù)的處理，以及結(jié)果的分析和發(fā)布。一些主要的數(shù)據(jù)庫有 SWISS -PROT、TREMBL、PIR等。蛋白質(zhì)組研究的整個過程都與生物信息學密切相關(guān)，無論是雙向電泳圖譜的分析，還是質(zhì)譜數(shù)據(jù)的解析，尤其是最終蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫的建立，實驗室間的相互比較，都依賴于生物信息學的建立和發(fā)展。

四、結(jié)語

蛋白質(zhì)組學作為一個方興未艾的研究學科，它從一個更深入、更貼近生命本質(zhì)的層次上去探索和發(fā)現(xiàn)生命活動的規(guī)律以及重要的生理、病理現(xiàn)象等提供了很大的指導意義，未來隨著科學技術(shù)的發(fā)展，蛋白質(zhì)組學必將在生命科學中發(fā)揮越來越重要的作用。

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