蛋白质组学研究进展

闫彪

摘 要：蛋白质组是基因组表达的全部蛋白质，即某一物种、个体、器官、组织或细胞基因组的全部蛋白质产物的表达谱，蛋白质组表達的是一个动态的概念，通过蛋白质的分离技术和鉴定技术能够更深入的研究蛋白质组学。

关键词：蛋白质组；分离技术；鉴定技术

蛋白质组的研究内容主要包括三个大的方面：一是建立一个细胞或机体在正常情况下的蛋白质文库或称参考图谱，及组成蛋白质组；二是研究在各种条件下蛋白质的变化，注重那些可能涉及到特定功能机制的蛋白质群体，成为功能蛋白质组；三是蛋白质组生物信息学的研究，即采用计算机技术和信息论方法对蛋白质组学研究中获得的大量的数据进行采集、储存、传递、检索、分析及解读，以揭示和预测重要的生物信息。

一、蛋白质组学研究进展

蛋白质组学的研究方法与技术可以分为三个方面：一是蛋白质分离技术，包括以凝胶为基础的2-D技术以及不需要凝胶的分离技术；二是蛋白质鉴定技术，主要包括各种各样的生物质谱技术等；三是生物信息学技术，包括各种分析软件和蛋白质数据库等。

二、蛋白质分离技术的进展

1.聚丙烯酰胺凝胶双向电泳技术。1975年，OFarrell和Klose建立了聚丙烯酰胺凝胶双向电泳技术。双向电泳基于蛋白质电荷特性分离的等电聚焦作为第一向，以含有阴离子去污剂的SDS-PAGE电泳作为第二向，蛋白质的分离完全基于其两个独立的物化参数—电荷和蛋白亚基分子量的大小，这样就把复杂蛋白质混合物在二维平面上分开。聚丙烯酰胺凝胶双向电泳技术目前仍然是研究蛋白质组学应用最多的技术。

2.双向荧光差异凝胶双向电泳技术。1997年，Jon Minden实验室的Unlu等将标记了不同荧光染料的样品混合后在同一块凝胶中进行双向电泳，极大地提高了实验结果的重复性和定量的准确性。双向荧光差异凝胶电泳（two-dimensional fluorescence differential gel electrophoresis，2D-DIGE）的基本原理是在进行电泳之前分别以Cy2、Cy3 和Cy5三种荧光染料对蛋白质样品进行标记 （其中包括一个作为内标的蛋白质），在同一块胶上进行双向电泳。电泳结果分别用3种不同的激发波长得到不同颜色的荧光信号，依据这些信号的比例判断样品之间蛋白质存在的差异。魏英杰等应用双向荧光差异凝胶电泳技术筛选获得5个与心力衰竭密切相关的蛋白质标志物，这些标志物可能与心力衰竭发生的分子机制相关。

3.“双向”高效柱层析技术。分离纯化蛋白质的另一有效方法是“双向”高效柱层析。它首先是进行一次分子筛柱层析，从柱上流出的蛋白质峰自动进入第二向层析，这第二向层析是利用蛋白质表面疏水性进行分离的反向柱层析，第二次分离的原理与双向电泳中利用蛋白质等电点分离完全不同，它的优点是加样量可以适当放大，分离的蛋白质较多；另一个优点是流出的蛋白质可以直接进入质谱进行鉴定。Shin等就将该技术应用于哺乳动物的蛋白质组学的研究，并取得了一定的成果。

三、蛋白质鉴定技术的进展

1.质谱技术的应用。质谱是蛋白质组研究中的关键技术，已经成为最有效的蛋白质鉴定工具。质谱最重要的技术是将被分析的分子变成中气相的离子，其基本原理是样品分子离子活化后，根据不同离子间的质荷比（m/z）的差异来分离并确定相对分子质量。陈益定等应用表面增强激光解吸电离飞行时间质谱仪（SELDI- TOF- MS），测定了147例血清标本（其中大肠癌55例，健康人92例）的蛋白质质谱，得到该方法对大肠癌的检出率为82.6%（19/23），排除率为91.9%（34/37）。

2.同位素亲和标签技术的应用。同位素亲和标签（Isotope Coded Affinity Tags，ICAT）由Aebersold和其合作者开发的一种包含在无胶蛋白质组流程中的同位素标记技术，能够精确的分析不同样品中蛋白质表达量的差异。他们提出能够使两种同位素在形式上具有明显的区别的试剂，即同位素标记的亲和标签（isotope-coded affinity tag，ICAT）试剂。也有研究者利用ICAT技术单独选择某一种感兴趣的蛋白质，检测其表达含量的变化，这种方法也被称为质谱免疫印迹法（mass western）。

3.酵母双杂交系统的应用。1989年美国纽约州立大学的Fields和Song首先描述了酵母双杂交系统（yeast two-hybrid system）。酵母双杂交系统基本思路就是只有靶蛋白和诱饵蛋白特异结合后，其中的诱饵蛋白结合域报道基因的启动子才能启动报道基因在酵母细胞内的表达，通过检测报道基因表达产物判别作为“诱饵”和“靶蛋白”的分析法。齐兵等用酵母双杂交系统，从人肺细胞系（wl-38）cDNA文库中克隆了一个asy相互作用蛋白基因asyip（asyinteractingprotein）。asyip基因的大量表达能抑制肿瘤细胞saos-2的生长，诱发细胞凋亡。

4.蛋白质芯片的应用。蛋白质芯片是将各种微量纯化的蛋白质阵列在一种高密度的固相载体上，并与待测样品杂交，以测定相应蛋白质的性质、特征以及蛋白质与生物大分子之间的相互作用的方法。蛋白质芯片具有高通量、灵敏度较高、重复性好、操作自动化等优点，该方法也成为蛋白质鉴定的一项比较有效的技术。肖雪媛等应用蛋白质芯片技术从血清中筛选到了肺癌标志蛋白。

5.蛋白质组生物信息学。蛋白质组生物信息学的研究内容主要包括大量蛋白质组学实验信息的产生，对这些数据的处理，以及结果的分析和发布。一些主要的数据库有 SWISS -PROT、TREMBL、PIR等。蛋白质组研究的整个过程都与生物信息学密切相关，无论是双向电泳图谱的分析，还是质谱数据的解析，尤其是最终蛋白质组数据库的建立，实验室间的相互比较，都依赖于生物信息学的建立和发展。

四、结语

蛋白质组学作为一个方兴未艾的研究学科，它从一个更深入、更贴近生命本质的层次上去探索和发现生命活动的规律以及重要的生理、病理现象等提供了很大的指导意义，未来随着科学技术的发展，蛋白质组学必将在生命科学中发挥越来越重要的作用。

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