馮雅子瑄

摘 要：目的：幫助公眾了解蛋白質(zhì)組學(xué)。方法：以文獻研究為主，對蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的研究進展和應(yīng)用進行梳理。結(jié)果：蛋白質(zhì)組學(xué)是一類以蛋白質(zhì)體系為研究對象的新技術(shù)，目前其主要進展包括高效的樣品預(yù)處理技術(shù)、高準確度高覆蓋的蛋白質(zhì)定性與定量分析技術(shù)、蛋白質(zhì)相互作用組分析技術(shù)上，并在妊娠期母胎疾病診斷、食品鑒偽、藥用植物研究等方面取得了突破性應(yīng)用。結(jié)論：蛋白質(zhì)組學(xué)對于生命科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和人類健康保健技術(shù)發(fā)展有著重要意義。

關(guān)鍵詞：蛋白質(zhì)組學(xué);研究進展;應(yīng)用;母胎疾病診斷;骨質(zhì)疏松癥防治;食品鑒偽

中圖分類號：Q51 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）06-0194-02

0 引言

蛋白質(zhì)組學(xué)是后基因組計劃中的重要研究部分，它是一個蛋白質(zhì)研究和基因組學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生的新領(lǐng)域，受到科學(xué)研究者們極大的重視。簡單來講，蛋白質(zhì)組學(xué)就是以蛋白質(zhì)為研究對象，只不過該研究是在更整體、更全面的層次上進行。蛋白質(zhì)組學(xué)注重如何動態(tài)描述基因調(diào)節(jié)，通過對細胞、組織或生物體蛋白質(zhì)組成及其變化規(guī)律的研究，解釋基因表達調(diào)控的機制。從本質(zhì)上講，蛋白質(zhì)組學(xué)的研究集中在蛋白質(zhì)的表達、翻譯后的修飾以及蛋白與蛋白間相互作用，從而幫助科學(xué)家在蛋白質(zhì)水平上認識疾病機理，了解細胞生成代謝過程。蛋白質(zhì)組學(xué)為人類探索生命的起源和發(fā)展提供了技術(shù)手段和理論基礎(chǔ)，還對人類健康事業(yè)（比如疾病機理、疾病預(yù)防、疾病治療）的發(fā)展起著極為重要的作用。

1 蛋白質(zhì)組學(xué)的研究進展

1.1 高效的樣品預(yù)處理技術(shù)

高度復(fù)雜的生物樣品始終是蛋白質(zhì)組學(xué)研究中的難題。高效地完成樣品預(yù)處理，使被測組分全部轉(zhuǎn)入溶液，能夠在很大程度上降低生物樣品的復(fù)雜度。但是如何解決疏水性膜蛋白質(zhì)溶解困難問題、減少生物樣品中的低豐度蛋白質(zhì)在提取時的損失仍是蛋白質(zhì)組預(yù)處理技術(shù)的關(guān)鍵。

中國科學(xué)院的張麗華教授發(fā)現(xiàn)氯化-1-十二烷基-3-甲基咪唑離子液體具有用于蛋白質(zhì)預(yù)處理的輔助增溶優(yōu)點，比如該離子液體酶活和質(zhì)譜兼容性好、溶解能力強等。通過使用該液體，蛋白質(zhì)檢測的靈敏度有了很大提高[1]。對于微量細胞中的蛋白質(zhì)檢測問題，鄒漢法教授利用了十二烷基麥芽糖苷，它能夠從10000個細胞中鑒定到近500個糖基化位點。另外一種蛋白質(zhì)預(yù)處理技術(shù)為自由流電泳，該方法分離條件溫和、無固體支持介質(zhì)，并且可以實現(xiàn)持續(xù)性分離，很早就被應(yīng)用于亞細胞器的分離。在傳統(tǒng)自由流電泳方法基礎(chǔ)上，曹成喜教授增加了熱電制冷模塊，所發(fā)明的循環(huán)式自由流電泳系統(tǒng)進一步提高了流電泳方法的效果。

1.2 高準確度高覆蓋的蛋白質(zhì)定性與定量分析技術(shù)

受制于檢測技術(shù)，之前的蛋白質(zhì)組學(xué)多集中在定性研究。目前，隨著傳感器技術(shù)、電子元器件的發(fā)展，高精準、高覆蓋定量分析成為蛋白質(zhì)組學(xué)的兩個重要方向。隨著基于生物信息學(xué)的海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)的進步，生物質(zhì)譜技術(shù)成為定量分析蛋白質(zhì)組的主要支撐技術(shù)。該方法通過測定生物樣品中離子質(zhì)荷比來分析生物樣品的成分和結(jié)構(gòu)，顯著提高了定量的精準度，有著很好的應(yīng)用前景[2]。此外，蛋白質(zhì)組深度覆蓋定量技術(shù)還可以高效的預(yù)處理為基礎(chǔ)，比如針對細胞表面糖蛋白的糖鏈，基于酰肼化學(xué)等原理，研制可一步富集質(zhì)膜的親和材料，進而實現(xiàn)質(zhì)膜蛋白質(zhì)組的深度覆蓋定量分析;為了提高蛋白質(zhì)組定量的覆蓋度，針對外泌體的磷脂雙分子層，研制可一步富集外泌體的親和材料，進而實現(xiàn)外泌體蛋白質(zhì)組的深度覆蓋定量分析等。

1.3 蛋白質(zhì)相互作用組分析技術(shù)

精準解析蛋白質(zhì)復(fù)合體是當(dāng)前研究的熱門課題，也是蛋白質(zhì)組的重要研究對象[3]。蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)間的相互作用控制著生命的各個過程，是整個生命體結(jié)構(gòu)和生命活動的基礎(chǔ)和特征。蛋白質(zhì)相互作用組分析技術(shù)主要包含酵母雙雜交技術(shù)、串聯(lián)親和純化技術(shù)、化學(xué)交聯(lián)結(jié)合質(zhì)譜技術(shù)。

酵母雙雜交技術(shù)靈敏度極高，理論上可以檢測到蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)間所有可能的相互作用。即使蛋白質(zhì)間極其微弱或是瞬間的相互作用，也可以通過監(jiān)測基因的表達產(chǎn)物進行揭示。但是它只能定位細胞核內(nèi)的相互作用，翻譯后修飾的蛋白無法定位。另外某些蛋白本身可以發(fā)揮激活作用，使轉(zhuǎn)錄在無特異激活結(jié)構(gòu)域的情況下進行，表面具有能與蛋白質(zhì)結(jié)合產(chǎn)生復(fù)合物的低親和力區(qū)域，都會產(chǎn)生“假陽性”結(jié)果。串聯(lián)親和純化技術(shù)多用于研究蛋白質(zhì)復(fù)合體中多個蛋白質(zhì)間的相互作用，特別適用于研究蛋白質(zhì)在生理條件下的相互作用，是快速純化蛋白質(zhì)復(fù)合物及其相關(guān)蛋白質(zhì)的一類方法。它的局限性在于串聯(lián)親和純化標簽的引入可能影響靶蛋白與親和柱結(jié)合，細胞解裂會影響親和串聯(lián)純化標簽的表達，細胞內(nèi)部的作用會影響第二次純化。化學(xué)交聯(lián)結(jié)合質(zhì)譜技術(shù)分析速度快、通量高、成本低、對蛋白質(zhì)各方面性狀要求低，是近幾年的熱門技術(shù)。比如董夢秋教授在Leiker交聯(lián)劑方面所做的研究，就推動了對蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)和相互作用的表征的認識[1]。目前，化學(xué)交聯(lián)結(jié)合質(zhì)譜技術(shù)在純化的蛋白或蛋白復(fù)合物中較為成熟，但因樣品復(fù)雜性高和交聯(lián)肽低豐度的問題仍有眾多限制。以上三種方法仍需要進行不斷地改進。

2 蛋白質(zhì)組學(xué)的應(yīng)用

2.1 蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在妊娠期母胎疾病診斷中的應(yīng)用

妊娠期檢查可以用來評估胎兒是否存在染色體層面的遺傳病，并檢測孕婦是否存在妊娠相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生風(fēng)險。鑒于目前蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展，已經(jīng)可以在妊娠早期通過檢測孕婦外周血中的特異妊娠相關(guān)標志物進行診斷。這些生物標志物可以應(yīng)用于妊娠相關(guān)并發(fā)癥（比如胎兒生長受限、子癇前期、妊娠期糖尿病等）、胎兒染色體異常、胎兒先天畸形等疾病的診斷。利用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)實現(xiàn)妊娠期母胎疾病診斷具有敏感性高、對標本量需求少、對受檢者創(chuàng)傷小等優(yōu)點，因此一經(jīng)出現(xiàn)便引起了很大轟動[4]。

2.2 蛋白質(zhì)組學(xué)在中醫(yī)藥防治骨質(zhì)疏松癥中的應(yīng)用

在中國老齡化問題日益嚴重的背景下，老年人群中常見的骨質(zhì)疏松癥受到重點關(guān)注。目前西醫(yī)中已有很多治療藥物，但多數(shù)仍存在較大的不良反應(yīng)，因此很多科學(xué)家致力于通過中醫(yī)藥治療骨質(zhì)疏松癥。蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)為疾病機理和發(fā)病機制研究提供途徑，并為治療方案提供新的思路和方法。蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展為從成骨細胞、破骨細胞等分子水平研究骨質(zhì)疏松癥的機制提供了全新的思路[5]。

2.3 蛋白質(zhì)組學(xué)在食品鑒偽技術(shù)中的應(yīng)用

食品摻偽是食品質(zhì)量安全中最常見、最嚴重的問題，關(guān)系到民眾的健康。蛋白質(zhì)組學(xué)在整體水平上研究蛋白質(zhì)的特征，進而整體、全面地認識食品蛋白質(zhì)在不同狀態(tài)下的變化，反映出食物中細胞的健康狀態(tài)，從而能夠鑒定出食品的質(zhì)量等級，成為食品安全的有力捍衛(wèi)者[6]。比如可以通過蛋白質(zhì)組學(xué)鑒定市場中牛肉、羊肉的真假;可以鑒定乳制品、保健食品的真實功效。用于食品鑒偽的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)有蛋白質(zhì)芯片技術(shù)、酶聯(lián)免疫分析法、蛋白質(zhì)信息學(xué)以及同位素標記親和標簽等。

2.4 蛋白質(zhì)組學(xué)在藥用植物研究中的應(yīng)用

醫(yī)學(xué)界目前使用的許多治療藥物均從傳統(tǒng)藥材資源中發(fā)現(xiàn)。研究藥用植物的代謝及其系統(tǒng)調(diào)節(jié)對鑒定其活性化合物至關(guān)重要?；诘鞍踪|(zhì)組學(xué)能夠提供來自藥用植物和動物取食植物全面生理信息的可能，蛋白質(zhì)組學(xué)在藥物機制研究和開發(fā)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。藥用植物中關(guān)鍵酶的鑒定有助于闡明植物中復(fù)雜的活性化合物的生物合成途徑，從而投入應(yīng)用。盡管蛋白質(zhì)組學(xué)研究在一些藥用植物中已取得成功，但蛋白質(zhì)組學(xué)藥用植物領(lǐng)域的應(yīng)用還大有潛力可挖[7]。

3 結(jié)語

西湖大學(xué)校長施一公教授曾說二十一世紀是生物的世紀，生物技術(shù)將徹底改變世界和人類。蛋白質(zhì)組學(xué)就是這樣一種技術(shù)。作為一種以蛋白質(zhì)體系為研究對象的新學(xué)科，蛋白質(zhì)組學(xué)不僅用于生命科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究，探尋生命起源和發(fā)展，還對人類健康保健、臨床醫(yī)學(xué)有著巨大貢獻，比如用于妊娠期母胎疾病診斷、食品鑒偽、藥用植物研究等。隨著蛋白質(zhì)組學(xué)的進一步發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也將不斷擴展，必將成為未來生命科學(xué)領(lǐng)域最有前景的前沿技術(shù)，為人類帶來更大的利益。

參考文獻

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