蛋白質(zhì)組學(xué)
蛋白質(zhì)組學(xué)（英語：proteomics，又譯作蛋白質(zhì)體學(xué)），是以蛋白質(zhì)組為研究對(duì)象，研究細(xì)胞、組織或生物體蛋白質(zhì)組成及其變化規(guī)律的科學(xué)。這個(gè)概念最早是在1994年，由Marc Wikins首先提出的新名詞。
蛋白質(zhì)組（Proteome）一詞，源于蛋白質(zhì)（protein）與 基因組（genome）兩個(gè)詞的組合，意指“一種基因組所表達(dá)的全套蛋白質(zhì)”，即包括一種細(xì)胞乃至一種生物所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)組學(xué)本質(zhì)上指的是在大規(guī)模水平上研究蛋白質(zhì)的特征，包括蛋白質(zhì)的表達(dá)水平，翻譯后的修飾，蛋白與蛋白相互作用等，由此獲得蛋白質(zhì)水平上的關(guān)于疾病發(fā)生，細(xì)胞代謝等過程的整體而全面的認(rèn)識(shí)。
概念分析 編輯本段
蛋白質(zhì)組(Proteome)的概念最先由Marc Wilkins提出，指由一個(gè)基因組(genome)，或一個(gè)細(xì)胞、組織表達(dá)的所有蛋白質(zhì)(Protein). 蛋白質(zhì)組的概念與基因組的概念有許多差別，它隨著組織、甚至環(huán)境狀態(tài)的不同而改變. 在轉(zhuǎn)錄時(shí)，一個(gè)基因可以多種mRNA形式剪接，并且，同一蛋白可能以許多形式進(jìn)行翻譯后的修飾. 故一個(gè)蛋白質(zhì)組不是一個(gè)基因組的直接產(chǎn)物，蛋白質(zhì)組中蛋白質(zhì)的數(shù)目有時(shí)可以超過基因組的數(shù)目. 蛋白質(zhì)組學(xué)(Proteomics)處于早期“發(fā)育”狀態(tài)，這個(gè)領(lǐng)域的專家否認(rèn)它是單純的方法學(xué)，就像基因組學(xué)一樣，不是一個(gè)封閉的、概念化的穩(wěn)定的知識(shí)體系，而是一個(gè)領(lǐng)域. 蛋白質(zhì)組學(xué)集中于動(dòng)態(tài)描述基因調(diào)節(jié)，對(duì)基因表達(dá)的蛋白質(zhì)水平進(jìn)行定量的測(cè)定，鑒定疾病、藥物對(duì)生命過程的影響，以及解釋基因表達(dá)調(diào)控的機(jī)制. 作為一門科學(xué)，蛋白質(zhì)組研究并非從零開始，它是已有20多年歷史的蛋白質(zhì)(多肽)譜和基因產(chǎn)物圖譜技術(shù)的一種延伸.多肽圖譜依靠雙向電泳(Two-dimensional gel electrophoresis, 2-DE)和進(jìn)一步的圖象分析；而基因產(chǎn)物圖譜依靠多種分離后的分析，如質(zhì)譜技術(shù)、氨基酸組分分析等。
研究介紹 編輯本段
蛋白質(zhì)組的研究不僅能為生命活動(dòng)規(guī)律提供物質(zhì)基礎(chǔ)，也能為眾多種疾病機(jī)理的闡明及攻克提供理論根據(jù)和解決途徑。通過對(duì)正常個(gè)體及病理個(gè)體間的蛋白質(zhì)組比較分析，我們可以找到某些“疾病特異性的蛋白質(zhì)分子”，它們可成為新藥物設(shè)計(jì)的分子靶點(diǎn)，或者也會(huì)為疾病的早期診斷提供分子標(biāo)志。確實(shí)，那些世界范圍內(nèi)銷路最好的藥物本身是蛋白質(zhì)或其作用靶點(diǎn)為某種蛋白質(zhì)分子。因此，蛋白質(zhì)組學(xué)研究不僅是探索生命奧秘的必須工作，也能為人類健康事業(yè)帶來巨大的利益。蛋白質(zhì)組學(xué)的研究是生命科學(xué)進(jìn)入后基因時(shí)代的特征。
研究基礎(chǔ) 編輯本段
90年代初期開始實(shí)施的人類基因組計(jì)劃，在經(jīng)過各國科學(xué)家近10年的努力下，已經(jīng)取得了巨大的成就。不僅完成了十余種模式生物（從大腸桿菌、釀酒酵母到線蟲）基因組全序列的測(cè)定工作，還在2003年提前完成人類所有基因的全序列測(cè)定。那么，知道了人類的全部遺傳密碼即基因組序列，就可以任意控制人的生老病死嗎？其實(shí)并不是這么簡單。基因組學(xué)（genomics）雖然在基因活性和疾病的相關(guān)性方面為人類提供了有力根據(jù)，但實(shí)際上大部分疾病并不是因?yàn)榛蚋淖兯斐伞２⑶遥虻谋磉_(dá)方式錯(cuò)綜復(fù)雜，同樣的一個(gè)基因在不同條件、不同時(shí)期可能會(huì)起到完全不同的作用。關(guān)于這些方面的問題，基因組學(xué)是無法回答的。所以，隨著人類基因組計(jì)劃的逐步完成，科學(xué)家們又進(jìn)一步提出了后基因組計(jì)劃，蛋白質(zhì)組（proteome）研究是其中一個(gè)很重要的內(nèi)容。
目前，在蛋白質(zhì)功能方面的研究是極其缺乏的。大部分通過基因組測(cè)序而新發(fā)現(xiàn)的基因編碼的蛋白質(zhì)的功能都是未知的，而對(duì)那些已知功能的蛋白而言，它們的功能也大多是通過同源基因功能類推等方法推測(cè)出來的。有人預(yù)測(cè)，人類基因組編碼的蛋白至少有一半是功能未知的。因此，在未來的幾年內(nèi)，隨著至少30種生物的基因組測(cè)序工作的完成，人們研究的重點(diǎn)必將轉(zhuǎn)到蛋白質(zhì)功能方面，而蛋白質(zhì)組的研究正可以完成這樣的目標(biāo)。在蛋白質(zhì)組的具體應(yīng)用方面，蛋白質(zhì)在疾病中的重要作用使得蛋白質(zhì)組學(xué)在人類疾病的研究中有著極為重要的價(jià)值。
人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃
生命科學(xué)是實(shí)驗(yàn)科學(xué)，因此生命科學(xué)的發(fā)展極大地依賴于實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展。以DNA序列分析技術(shù)為核心的基因組研究技術(shù)推動(dòng)了基因組研究的日新月異，而以基因芯片技術(shù)為代表的基因表達(dá)研究技術(shù)為科學(xué)家了解基因表達(dá)規(guī)律立下汗馬功勞。在蛋白質(zhì)組研究中，二維電泳和質(zhì)譜技術(shù)的黃金組合又為科學(xué)家掌握蛋白質(zhì)表達(dá)規(guī)律再鑄輝煌。蛋白質(zhì)組學(xué)(proteomics)就是指研究蛋白質(zhì)組的技術(shù)及這些研究得到的結(jié)果。
蛋白質(zhì)組學(xué)的研究試圖比較細(xì)胞在不同生理或病理?xiàng)l件下蛋白質(zhì)表達(dá)的異同，對(duì)相關(guān)蛋白質(zhì)進(jìn)行分類和鑒定。更重要的是蛋白質(zhì)組學(xué)的研究要分析蛋白質(zhì)間相互作用和蛋白質(zhì)的功能。
研究內(nèi)容 編輯本段
蛋白質(zhì)研究
1.蛋白質(zhì)鑒定：可以利用一維電泳和二維電泳并結(jié)合Western等技術(shù)，利用蛋白質(zhì)芯片和抗體芯片及免疫共沉淀等技術(shù)對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行鑒定研究。
2.翻譯后修飾：很多mRNA表達(dá)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)要經(jīng)歷翻譯后修飾如磷酸化，糖基化，酶原激活等。翻譯后修飾是蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)功能的重要方式，因此對(duì)蛋白質(zhì)翻譯后修飾的研究對(duì)闡明蛋白質(zhì)的功能具有重要作用。
蛋白質(zhì)生物合成
4.對(duì)人類而言，蛋白質(zhì)組學(xué)的研究最終要服務(wù)于人類的健康，主要指促進(jìn)分子醫(yī)學(xué)的發(fā)展。如尋找藥物的靶分子。很多藥物本身就是蛋白質(zhì)，而很多藥物的靶分子也是蛋白質(zhì)。藥物也可以干預(yù)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用。
在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和疾病機(jī)理研究中，了解人不同發(fā)育、生長期和不同生理、病理?xiàng)l件下及不同細(xì)胞類型的基因表達(dá)的特點(diǎn)具有特別重要的意義。這些研究可能找到直接與特定生理或病理狀態(tài)相關(guān)的分子，進(jìn)一步為設(shè)計(jì)作用于特定靶分子的藥物奠定基礎(chǔ)。
細(xì)胞亞細(xì)胞
不同發(fā)育、生長期和不同生理、病理?xiàng)l件下不同的細(xì)胞類型的基因表達(dá)是不一致的，因此對(duì)蛋白質(zhì)表達(dá)的研究應(yīng)該精確到細(xì)胞甚至亞細(xì)胞水平。可以利用免疫組織化學(xué)技術(shù)達(dá)到這個(gè)目的，但該技術(shù)的致命缺點(diǎn)是通量低。激光捕獲顯微切割LCM(Laser Capture Microdissection)技術(shù)可以精確地從組織切片中取出研究者感興趣的細(xì)胞類型，因此LCM技術(shù)實(shí)際上是一種原位技術(shù)。取出的細(xì)胞用于蛋白質(zhì)樣品的制備，結(jié)合抗體芯片或二維電泳-質(zhì)譜的技術(shù)路線，可以對(duì)蛋白質(zhì)的表達(dá)進(jìn)行原位的高通量的研究。很多研究采用勻漿組織制備蛋白質(zhì)樣品的技術(shù)路線，其研究結(jié)論值得懷疑，因?yàn)榻M織勻漿后不同細(xì)胞類型的蛋白質(zhì)混雜在一起，最后得到的研究數(shù)據(jù)根本無法解釋蛋白質(zhì)在每類細(xì)胞中的表達(dá)情況。雖然培養(yǎng)細(xì)胞可以得到單一類型細(xì)胞，但體外培養(yǎng)的細(xì)胞很難模擬體內(nèi)細(xì)胞的環(huán)境，因此這樣研究得出的結(jié)論也很難用于解釋在體實(shí)際情況。因此在研究中首先應(yīng)該將不同細(xì)胞類型分離，分離出來的不同類型細(xì)胞可以用于基因表達(dá)研究，包括mRNA和蛋白質(zhì)的表達(dá)。
LCM技術(shù)獲得的細(xì)胞可以用于蛋白質(zhì)樣品的制備。可以根據(jù)需要制備總蛋白，或膜蛋白，或核蛋白等，也可以富集糖蛋白，或通過去除白蛋白來減少蛋白質(zhì)類型的復(fù)雜程度。相關(guān)試劑盒均有廠商提供。
二維電泳
蛋白質(zhì)樣品中的不同類型的蛋白質(zhì)可以通過二維電泳進(jìn)行分離。二維電泳可以將不同種類的蛋白質(zhì)按照等電點(diǎn)和分子量差異進(jìn)行高分辨率的分離。成功的二維電泳可以將2000到3000種蛋白質(zhì)進(jìn)行分離。電泳后對(duì)膠進(jìn)行高靈敏度的染色如銀染和熒光染色。如果是比較兩種樣品之間蛋白質(zhì)表達(dá)的異同，可以在同樣條件下分別制備二者的蛋白質(zhì)樣品，然后在同樣條件下進(jìn)行二維電泳，染色后比較兩塊膠。也可以將二者的蛋白質(zhì)樣品分別用不同的熒光染料標(biāo)記，然后兩種蛋白質(zhì)樣品在一塊膠上進(jìn)行二維電泳的分離，最后通過熒光掃描技術(shù)分析結(jié)果。
膠染色后可以利用凝膠圖像分析系統(tǒng)成像，然后通過分析軟件對(duì)蛋白質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行定量分析，并且對(duì)感興趣的蛋白質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行定位。通過專門的蛋白質(zhì)點(diǎn)切割系統(tǒng)，可以將蛋白質(zhì)點(diǎn)所在的膠區(qū)域進(jìn)行精確切割。接著對(duì)膠中蛋白質(zhì)進(jìn)行酶切消化，酶切后的消化物經(jīng)脫鹽/濃縮處理后就可以通過點(diǎn)樣系統(tǒng)將蛋白質(zhì)點(diǎn)樣到特定的材料的表面（MALDI-TOF）。最后這些蛋白質(zhì)就可以在質(zhì)譜系統(tǒng)中進(jìn)行分析，從而得到蛋白質(zhì)的定性數(shù)據(jù);這些數(shù)據(jù)可以用于構(gòu)建數(shù)據(jù)庫或和已有的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較分析。
LCM-二維電泳-質(zhì)譜的技術(shù)路線是典型的一條蛋白質(zhì)組學(xué)研究的技術(shù)路線，除此以外，LCM-抗體芯片也是一條重要的蛋白質(zhì)組學(xué)研究的技術(shù)路線。即通過LCM技術(shù)獲得感興趣的細(xì)胞類型，制備細(xì)胞蛋白質(zhì)樣品，蛋白質(zhì)經(jīng)熒光染料標(biāo)記后和抗體芯片雜交，從而可以比較兩種樣品蛋白質(zhì)表達(dá)的異同。Clontech最近開發(fā)了一張抗體芯片，可以對(duì)378種膜蛋白和胞漿蛋白進(jìn)行分析。該芯片同時(shí)配合了抗體芯片的全部操作過程的重要試劑，包括蛋白質(zhì)制備試劑，蛋白質(zhì)的熒光染料標(biāo)記試劑，標(biāo)記體系的純化試劑，雜交試劑等。
對(duì)于蛋白質(zhì)相互作用的研究，酵母雙雜交和噬菌體展示技術(shù)無疑是很好的研究方法。Clontech開發(fā)的酵母雙雜交系統(tǒng)和NEB公司開發(fā)的噬菌體展示技術(shù)可供研究者選用。
關(guān)于蛋白質(zhì)組的研究，也可以將蛋白質(zhì)組的部分或全部種類的蛋白質(zhì)制作成蛋白質(zhì)芯片，這樣的蛋白質(zhì)芯片可以用于蛋白質(zhì)相互作用研究，蛋白表達(dá)研究和小分子蛋白結(jié)合研究。 Science，Vol. 293，Issue 5537，2101-2105，September 14，2001發(fā)表了一篇關(guān)于酵母蛋白質(zhì)組芯片的論文。該文主要研究內(nèi)容為：將酵母的5800個(gè)ORF表達(dá)成蛋白質(zhì)并進(jìn)行純化點(diǎn)樣制作芯片，然后用該芯片篩選鈣調(diào)素和磷脂分子的相互作用分子。
最后有必要指出的是，傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)研究注重研究單一蛋白質(zhì)，而蛋白質(zhì)組學(xué)注重研究參與特定生理或病理狀態(tài)的所有的蛋白質(zhì)種類及其與周圍環(huán)境(分子)的關(guān)系。因此蛋白質(zhì)組學(xué)的研究通常是高通量的。適應(yīng)這個(gè)要求，蛋白質(zhì)組學(xué)相關(guān)研究工具通常都是高度自動(dòng)化的系統(tǒng)，通量高而速度快，配合相應(yīng)分析軟件和數(shù)據(jù)庫，研究者可以在最短的時(shí)間內(nèi)處理最多的數(shù)據(jù)。
研究意義 編輯本段
蛋白質(zhì)組學(xué)書籍
研究背景 編輯本段
雖然第一次提出蛋白質(zhì)組概念是在1994年，但相關(guān)研究可以追溯到上世紀(jì)90年代中期甚至更早，尤其是80年代初，在基因組計(jì)劃提出之前，就有人提出過類似的蛋白質(zhì)組計(jì)劃，當(dāng)時(shí)稱為Human Protein Index計(jì)劃，旨在分析細(xì)胞內(nèi)的所有蛋白質(zhì)。但由于種種原因，這一計(jì)劃被擱淺。90年代初期，各種技術(shù)已比較成熟，在這樣的背景下，經(jīng)過各國科學(xué)家的討論，才提出蛋白質(zhì)組這一概念。
國際上蛋白質(zhì)組研究進(jìn)展十分迅速，不論基礎(chǔ)理論還是技術(shù)方法，都在不斷進(jìn)步和完善。相當(dāng)多種細(xì)胞的蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫已經(jīng)建立，相應(yīng)的國際互聯(lián)網(wǎng)站也層出不窮。1996年，澳大利亞建立了世界上第一個(gè)蛋白質(zhì)組研究中心：Australia Proteome Analysis Facility ( APAF )。丹麥、加拿大、日本也先后成立了蛋白質(zhì)組研究中心。在美國，各大藥廠和公司在巨大財(cái)力的支持下，也紛紛加入蛋白質(zhì)組的研究陣容。去年在瑞士成立的GeneProt公司，是由以蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫“SWISSPROT”著稱的蛋白質(zhì)組研究人員成立的，以應(yīng)用蛋白質(zhì)組技術(shù)開發(fā)新藥物靶標(biāo)為目的，建立了配備有上百臺(tái)質(zhì)譜儀的高通量技術(shù)平臺(tái)。而當(dāng)年提出Human Protein Index 的美國科學(xué)家Normsn G. Anderson也成立了類似的蛋白質(zhì)組學(xué)公司，繼續(xù)其多年未實(shí)現(xiàn)的夢(mèng)想。2001年4月，在美國成立了國際人類蛋白質(zhì)組研究組織（Human Proteome Organization, HUPO）,隨后歐洲、亞太地區(qū)都成立了區(qū)域性蛋白質(zhì)組研究組織，試圖通過合作的方式，融合各方面的力量，完成人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃（Human Proteome Project）。
研究技術(shù) 編輯本段
蛋白質(zhì)組學(xué)書籍
樣品制備
通常可采用細(xì)胞或組織中的全蛋白質(zhì)組分進(jìn)行蛋白質(zhì)組分析。也可以進(jìn)行樣品預(yù)分級(jí)，即采用各種方法將細(xì)胞或組織中的全體蛋白質(zhì)分成幾部分，分別進(jìn)行蛋白質(zhì)組研究。樣品預(yù)分級(jí)的主要方法包括根據(jù)蛋白質(zhì)溶解性和蛋白質(zhì)在細(xì)胞中不同的細(xì)胞器定位進(jìn)行分級(jí)，如專門分離出細(xì)胞核、線粒體或高爾基體等細(xì)胞器的蛋白質(zhì)成分。樣品預(yù)分級(jí)不僅可以提高低豐度蛋白質(zhì)的上樣量和檢測(cè)，還可以針對(duì)某一細(xì)胞器的蛋白質(zhì)組進(jìn)行研究。
對(duì)臨床組織樣本進(jìn)行研究，尋找疾病標(biāo)記，是蛋白質(zhì)組研究的重要方向之一。但臨床樣本都是各種細(xì)胞或組織混雜，而且狀態(tài)不一。如腫瘤組織中，發(fā)生癌變的往往是上皮類細(xì)胞，而這類細(xì)胞在腫瘤中總是與血管、基質(zhì)細(xì)胞等混雜。所以，常規(guī)采用的癌和癌旁組織或腫瘤與正常組織進(jìn)行差異比較，實(shí)際上是多種細(xì)胞甚至組織蛋白質(zhì)組混合物的比較。而蛋白質(zhì)組研究需要的通常是單一的細(xì)胞類型。最近在組織水平上的蛋白質(zhì)組樣品制備方面也有新的進(jìn)展，如采用激光捕獲微解剖(Laser Capture Microdissection, LCM) 方法分離癌變上皮類細(xì)胞。
分離和分析
利用蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)和分子量通過雙向凝膠電泳的方法將各種蛋白質(zhì)區(qū)分開來是一種很有效的手段。它在蛋白質(zhì)組分離技術(shù)中起到了關(guān)鍵作用。如何提高雙向凝膠電泳的分離容量、靈敏度和分辨率以及對(duì)蛋白質(zhì)差異表達(dá)的準(zhǔn)確檢測(cè)是目前雙向凝膠電泳技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。國外的主要趨勢(shì)有第一維電泳采用窄pH梯度膠分離以及開發(fā)與雙向凝膠電泳相結(jié)合的高靈敏度蛋白質(zhì)染色技術(shù)，如新型的熒光染色技術(shù)。
質(zhì)譜技術(shù)是目前蛋白質(zhì)組研究中發(fā)展最快，也最具活力和潛力的技術(shù)。它通過測(cè)定蛋白質(zhì)的質(zhì)量來判別蛋白質(zhì)的種類。當(dāng)前蛋白質(zhì)組研究的核心技術(shù)就是雙向凝膠電泳－質(zhì)譜技術(shù)，即通過雙向凝膠電泳將蛋白質(zhì)分離，然后利用質(zhì)譜對(duì)蛋白質(zhì)逐一進(jìn)行鑒定。對(duì)于蛋白質(zhì)鑒定而言，高通量、高靈敏度和高精度是三個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。一般的質(zhì)譜技術(shù)難以將三者合一，而最近發(fā)展的質(zhì)譜技術(shù)可以同時(shí)達(dá)到以上三個(gè)要求，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)蛋白質(zhì)準(zhǔn)確和大規(guī)模的鑒定。
蛋白質(zhì)組研究
研究設(shè)備
蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫是蛋白質(zhì)組研究水平的標(biāo)志和基礎(chǔ)。瑞士的SWISS-PROT擁有目前世界上最大，種類最多的蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫。丹麥、英國、美國等也都建立了各具特色的蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫。生物信息學(xué)的發(fā)展已給蛋白質(zhì)組研究提供了更方便有效的計(jì)算機(jī)分析軟件；特別值得注意的是蛋白質(zhì)質(zhì)譜鑒定軟件和算法發(fā)展迅速，如SWISS-PROT、Rockefeller大學(xué)、UCSF等都有自主的搜索軟件和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。最近發(fā)展的質(zhì)譜數(shù)據(jù)直接搜尋基因組數(shù)據(jù)庫使得質(zhì)譜數(shù)據(jù)可直接進(jìn)行基因注釋、判斷復(fù)雜的拼接方式。隨著基因組學(xué)的迅速推進(jìn)，會(huì)給蛋白質(zhì)組研究提供更多更全的數(shù)據(jù)庫。另外，對(duì)肽序列標(biāo)記的從頭測(cè)序軟件也十分引人注目。
提供服務(wù) 編輯本段
蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)成為現(xiàn)代生物技術(shù)快速發(fā)展的重要支撐，并將引領(lǐng)生物技術(shù)取得關(guān)鍵性的突破。為幫助生命科學(xué)領(lǐng)域的工作者全面掌握蛋白質(zhì)組學(xué)的技術(shù)與方法、實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)與關(guān)鍵點(diǎn)、研究前沿與熱點(diǎn)，本技術(shù)平臺(tái)將為客戶提供蛋白組學(xué)技術(shù)服務(wù)，包括雙向凝膠電泳、等電聚焦、生物質(zhì)譜分析及非凝膠技術(shù)。
雙向凝膠電泳
雙向凝膠電泳的原理是第一向基于蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)不同用等電聚焦分離，第二向則按分子量的不同用SDS-PAGE分離，把復(fù)雜蛋白混合物中的蛋白質(zhì)在二維平面上分開。由于雙向電泳技術(shù)在蛋白質(zhì)組與醫(yī)學(xué)研究中所處的重要位置，它可用于蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后修飾研究，蛋白質(zhì)組的比較和蛋白質(zhì)間的相互作用，細(xì)胞分化凋亡研究，致病機(jī)制及耐藥機(jī)制的研究，療效監(jiān)測(cè)，新藥開發(fā)，癌癥研究，蛋白純度檢查，小量蛋白純化，新替代疫苗的研制等許多方面。近年來經(jīng)過多方面改進(jìn)已成為研究蛋白質(zhì)組的最有使用價(jià)值的核心方法。
等電聚焦
等電聚焦（isoelectric focusing，IEF）是60年代中期問世的一種利用有pH梯度的介質(zhì)分離等電點(diǎn)不同的蛋白質(zhì)的電泳技術(shù)。等電聚焦凝膠電泳依據(jù)蛋白質(zhì)分子的靜電荷或等電點(diǎn)進(jìn)行分離，等電聚焦中，蛋白質(zhì)分子在含有載體兩性電解質(zhì)形成的一個(gè)連續(xù)而穩(wěn)定的線性pH梯度中電泳。載體兩性電解質(zhì)是脂肪族多氨基多羧酸，在電場(chǎng)中形成正極為酸性，負(fù)極為堿性的連續(xù)的pH梯度。蛋白質(zhì)分子在偏離其等電點(diǎn)的pH條件下帶有電荷，因此可以在電場(chǎng)中移動(dòng)；當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)遷移至其等電點(diǎn)位置時(shí)，其靜電荷數(shù)為零，在電場(chǎng)中不再移動(dòng)，據(jù)此將蛋白質(zhì)分離。
生物質(zhì)譜
生物質(zhì)譜技術(shù)是蛋白質(zhì)組學(xué)研究中最重要的鑒定技術(shù)，其基本原理是樣品分子離子化后，根據(jù)不同離子之間的荷質(zhì)比（M/E）的差異來分離并確定分子量。對(duì)于經(jīng)過雙向電泳分離的目標(biāo)蛋白質(zhì)用胰蛋白酶酶解（水解Lys或Arg的-C端形成的肽鍵）成肽段，對(duì)這些肽段用質(zhì)譜進(jìn)行鑒定與分析。目前常用的質(zhì)譜包括兩種：基質(zhì)輔助激光解吸電離-飛行時(shí)間質(zhì)譜（MALDI-TOF-MS）和電噴霧質(zhì)譜（ESI- MS）。
飛行時(shí)間質(zhì)譜
MALDI 的電離方式是 Karas和Hillenkamp于1988年提出。MALDI的基本原理是將分析物分散在基質(zhì)分子（尼古丁酸及其同系物）中并形成晶體，當(dāng)用激光（337nm的氮激光）照射晶體時(shí)，基質(zhì)分子吸收激光能量，樣品解吸附，基質(zhì)-樣品之間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移使樣品分子電離。它從固相標(biāo)本中產(chǎn)生離子，并在飛行管中測(cè)定其分子量，MALDI-TOF-MS一般用于肽質(zhì)量指紋圖譜，非常快速（每次分析只需3~5min），靈敏（達(dá)到fmol水平），可以精確測(cè)量肽段質(zhì)量，但是如果在分析前不修飾肽段，MALDI-TOF-MS不能給出肽片段的序列。
電噴霧質(zhì)譜
ESI- MS是利用高電場(chǎng)使質(zhì)譜進(jìn)樣端的毛細(xì)管柱流出的液滴帶電，在N2氣流的作用下，液滴溶劑蒸發(fā)，表面積縮小，表面電荷密度不斷增加，直至產(chǎn)生的庫侖力與液滴表面張力達(dá)到雷利極限，液滴爆裂為帶電的子液滴，這一過程不斷重復(fù)使最終的液滴非常細(xì)小呈噴霧狀，這時(shí)液滴表面的電場(chǎng)非常強(qiáng)大，使分析物離子化并以帶單電荷或多電荷的離子形式進(jìn)入質(zhì)量分析器。ESI-MS從液相中產(chǎn)生離子，一般說來，肽段的混合物經(jīng)過液相色譜分離后，經(jīng)過偶聯(lián)的與在線連接的離子阱質(zhì)譜分析，給出肽片段的精確的氨基酸序列，但是 分析時(shí)間一般較長。
目前，許多實(shí)驗(yàn)室兩種質(zhì)譜方法連用，獲得有意義的蛋白質(zhì)的肽段序列，設(shè)計(jì)探針或引物來獲得有意義的基因。隨著蛋白質(zhì)組研究的深入，又有多種新型質(zhì)譜儀出現(xiàn)，主要是在上述質(zhì)譜儀的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)與重新組合。
發(fā)展回顧 編輯本段
樣品處理系統(tǒng)
鑒于蛋白質(zhì)組學(xué)發(fā)展前景的重要性和技術(shù)的先進(jìn)性，西方各主要發(fā)達(dá)國家紛紛投巨資全面啟動(dòng)蛋白質(zhì)組的研究。如美國國立衛(wèi)生研究院，美國能源部、歐共體等均啟動(dòng)了不同生物蛋白質(zhì)組的研究并取得明顯進(jìn)展，一批高質(zhì)量的研究論文相繼在國際著名學(xué)術(shù)刊物發(fā)表。由于蛋白質(zhì)組學(xué)研究比基因組學(xué)研究更接近實(shí)用，有著巨大的市場(chǎng)前景，企業(yè)與制藥公司也紛紛斥巨資開展蛋白質(zhì)組研究。獨(dú)立完成人類基因組測(cè)序的Celera公司已宣布投資上億美元于此領(lǐng)域；日內(nèi)瓦蛋白質(zhì)組公司與布魯克質(zhì)譜儀制造公司聯(lián)合成立了國際上最大的蛋白質(zhì)組研究中心。為了促進(jìn)國家與地區(qū)性的蛋白質(zhì)組的發(fā)展、合作與交流，成立了國際人類蛋白質(zhì)組組織 (HUPO)，在法國召開了首屆國際蛋白質(zhì)組大會(huì)，并迅即在北美、歐洲、韓國、日本成立了相應(yīng)的分支機(jī)構(gòu)。蛋白質(zhì)組學(xué)已成為西方各主要發(fā)達(dá)國家、各跨國制藥集團(tuán)競(jìng)相投入的“熱點(diǎn)”。
主要進(jìn)展 編輯本段
在國家支持下，中國科學(xué)院生物化學(xué)研究所、軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院、復(fù)旦大學(xué)與北京師范大學(xué)等單位迅速啟動(dòng)了蛋白質(zhì)組研究，建立并組合了二維電泳蛋白質(zhì)組分離技術(shù)、圖象分析技術(shù)和蛋白質(zhì)鑒定的質(zhì)譜技術(shù)；先后舉辦了三次全國性的蛋白質(zhì)組學(xué)術(shù)研討會(huì)，并在國際上較早提出了功能蛋白質(zhì)組學(xué)的研究戰(zhàn)略。我國蛋白質(zhì)的色譜/電泳二維分離，二維芯片電泳分離，質(zhì)譜在線鑒定等方面均取得了重要進(jìn)展，并得到了國際同行的認(rèn)同，具有一定優(yōu)勢(shì)。其中由軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院牽頭的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”成為世界“人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃”的重要組成部分之一。
重要成就 編輯本段
蛋白質(zhì)組學(xué)新技術(shù)
目前，由軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院牽頭的 973計(jì)劃項(xiàng)目和由上海生命科學(xué)院牽頭的863計(jì)劃項(xiàng)目集中了國內(nèi)十余家優(yōu)勢(shì)單位，針對(duì)嚴(yán)重影響我國人民健康的重大疾病和重要生命科學(xué)問題開展“重大疾病的比較蛋白質(zhì)組研究”和“重要生理、病理體系的功能蛋白質(zhì)組研究”。力爭在3~5年內(nèi)建立國際領(lǐng)先水平的蛋白質(zhì)組學(xué)研究通用技術(shù)平臺(tái)，發(fā)現(xiàn)一批有重要生命科學(xué)價(jià)值或與重大疾病相關(guān)的蛋白質(zhì)，為探索基因轉(zhuǎn)錄, 翻譯調(diào)控的規(guī)律、獲得重大疾病預(yù)警、診斷標(biāo)志物和新藥研究的靶標(biāo)作出貢獻(xiàn)。
目前，國內(nèi)已有若干蛋白質(zhì)組學(xué)研究中心或重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室相繼成立，如復(fù)旦大學(xué)蛋白質(zhì)研究中心，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院蛋白質(zhì)組中心，高等院校蛋白質(zhì)組學(xué)研究院，中國科學(xué)院蛋白質(zhì)組學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院蛋白質(zhì)組學(xué)研究中心等。其中高校蛋白質(zhì)組研究院是由國內(nèi)多所高校、臨床單位和國內(nèi)外有關(guān)公司聯(lián)合建立的研究機(jī)構(gòu)，是我國高校大規(guī)模打破學(xué)校界限，與國內(nèi)外多方面力量聯(lián)手，進(jìn)軍蛋白組組學(xué)研究領(lǐng)域所采取的新舉措。統(tǒng)一協(xié)調(diào)有關(guān)國內(nèi)研究的中國人類蛋白質(zhì)組組織（Chinese HUPO）和蛋白質(zhì)組專業(yè)委員會(huì)等也在籌備中。
發(fā)展趨勢(shì) 編輯本段
基礎(chǔ)研究方面
近兩年來蛋白質(zhì)組研究技術(shù)已被應(yīng)用到各種生命科學(xué)領(lǐng)域，如細(xì)胞生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)等。在研究對(duì)象上，覆蓋了原核微生物、真核微生物、植物和動(dòng)物等范圍，涉及到各種重要的生物學(xué)現(xiàn)象，如信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞分化、蛋白質(zhì)折疊等等。在未來的發(fā)展中，蛋白質(zhì)組學(xué)的研究領(lǐng)域?qū)⒏訌V泛。
應(yīng)用研究方面
蛋白質(zhì)組學(xué)將成為尋找疾病分子標(biāo)記和藥物靶標(biāo)最有效的方法之一。在對(duì)癌癥、早老性癡呆等人類重大疾病的臨床診斷和治療方面蛋白質(zhì)組技術(shù)也有十分誘人的前景，目前國際上許多大型藥物公司正投入大量的人力和物力進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)方面的應(yīng)用性研究。
技術(shù)發(fā)展方面
蛋白質(zhì)組學(xué)的研究方法將出現(xiàn)多種技術(shù)并存，各有優(yōu)勢(shì)和局限的特點(diǎn)，而難以象基因組研究一樣形成比較一致的方法。除了發(fā)展新方法外，更強(qiáng)調(diào)各種方法間的整合和互補(bǔ)，以適應(yīng)不同蛋白質(zhì)的不同特征。另外，蛋白質(zhì)組學(xué)與其它學(xué)科的交叉也將日益顯著和重要，這種交叉是新技術(shù)新方法的活水之源，特別是，蛋白質(zhì)組學(xué)與其它大規(guī)模科學(xué)如基因組學(xué)，生物信息學(xué)等領(lǐng)域的交叉，構(gòu)成組學(xué)（omics）生物技術(shù)研究方法，所呈現(xiàn)出的系統(tǒng)生物學(xué)（System Biology）研究模式，將成為未來生命科學(xué)最令人激動(dòng)的新前沿。
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