分子诊断综述

蛋白质组学研究技术及其发展

摘要：蛋白质组学是系统研究分子机器、亚细胞器、细胞、组织、器官乃至整体等生物体系内蛋白质全组成及其活动规律的科学，已成为21 世纪生命科学的焦点之一。本文简要介绍了蛋白质组学研究技术，并展望蛋白质组学的技术前景。

关键词：蛋白质组学；分离技术；鉴定技术；相互作用研究技术；翻译后修饰分析；应用；展望Proteomics research technology and its development

Abstract: Proteomics is the system research molecular machines, and organelles, cells, tissues, organs and whole biological systems such as protein composition and all for the activities of the law science, life science in 21st century has become one of the focus. This paper briefly introduces the proteomics research techniques, and imagines future prospects of the proteomics technology.

Key Words: Proteomics; Separation technology; Identification technology; Interaction technology;

Post-translational modification analysis; Applications. Future

蛋白质组( pro teom e) 学是从整体水平上研究细胞内蛋白质的组成及其活动规律, 提供了关于蛋白质丰度、定位、化学修饰、蛋白质-蛋白质的相互作用等信息【1】。随着大量生物体全基因组序列的揭示，特别是人类基因组序列图测定的完成，人们发现仅从基因组序列的角度根本无法完整、系统地阐明生物体的功能。要想真正揭开生命现象的奥秘，需要系统地认识基因组的产物——蛋白质组。蛋白质是生命存在和运动的物质基础，是细胞增殖、分化、衰老和凋亡等重大生命活动的执行者，生理功能的产生以及病理性的变化往往由蛋白质的群体甚至整体共同完成。因此，对蛋白质群体尤其是蛋白质组的系统研究，将显著加深人们对生命现象与本质的认识和理解。

蛋白质组研究技术可以分为三大类: ①蛋白质组的分离技术, 如双向凝胶电泳技术、细胞分级分离技术、亲和层析技术等；②蛋白质组的鉴定技术, 其核心是质谱技术；③蛋白质相互作用研究技术，如酵母双杂交等;④蛋白质翻译后修饰分析，如蛋白质磷酸化修饰、蛋白质糖基化等。

1、蛋白质组学简介

蛋白质组学(proteomics)由澳大利亚学者Wilkins和williams在1994年首次提出，研究在特定环境、不同生理和病理条件、不同细胞类型或特定生长和发育阶段某个细胞或某种组织的基因组表达的全部蛋白质，即全景式地研究细胞、组织或生物体全部蛋白质的组成及其变化规律，研究内容包括蛋白质的差异表达、蛋白质鉴定和定量分析、翻译后修饰、亚细胞定位、生理功能及其相互作用网络等【2】。

蛋白质组学运用“一网打尽”的“组学”研究模式，与以往研究单个蛋白质的“钓鱼”模式有所不同。它采用大规模、高通量、高灵敏度的技术手段，通过全局性研究基因组所表达的所有蛋白质在不同时间与空间的表达谱和功能谱，全景式地揭示生命活动的本质。在基础研究上，蛋白质组学研究将带来一系列有关生命科学特别是人体科学重大问题的突破。由于几乎所有重要的生命现象，如发育、代谢、信号传导、体内能量转换、神经活动等都关联到众多蛋白质复合体的活动，也即交汇于细胞蛋白质组，因而人类一些重要组织和细胞功能蛋白质组的揭示，将会广泛而深入地推动基础生命科学研究【3】。在应用研究上，蛋白质组学是发现大量新型生物标志物、药靶和药物的重要途径，已成为生物医药产业及其相关产业发展的新生长点，其发展直接关系到未来整个生物技术产业及其相关产业的发展空间和市场份额，因此日益受到各国的普遍关注。

2、蛋白质分离技术

2.1 双向凝胶电泳技术

双向电泳(two dime璐ional gel elecⅡDphore$i8，2一D或2一DE)是目前大规模分离蛋白质的最有效方法，其原理是根据蛋白质的等电点和分子量差异将蛋白质分子彼此分开。第一向是等电聚焦(IEF)，即根据各种蛋白质PI的不同将它们分离；第二向是十二烷基磺酸钠一聚丙烯酰胺凝胶电泳(sDs—PAGE)，即根据蛋白质分子量的大小将它们分开【4】。二维电泳可以分离上千种蛋白质，甚至可分离纯化出上万种蛋白质。电泳完成后，采用银染、荧光染色或考马斯亮蓝染色等对胶片染色。目前，美国的Proteome公司已开发出一种全自动化的工作站，灌胶、电泳和染色全部实现自动化。双向电泳具有极高的分辨率和灵敏度，可以同时显示组织或细胞内各种蛋白，使它在了解细胞活动全貌方面具有无与伦比的优势【5】。

2.2 差异凝胶电泳

为改进双向电泳的重复性和灵敏度，最近发展了一种荧光染料标记的双向电泳技术(DIGE)，即差异凝胶电泳，其方法是将两种样品中的蛋白质采用不同的荧光标记后混合，在同一凝胶内进行电泳，因此，可以对来自正常组织和癌变组织的样品蛋白质表达差异进行分析。DIGE与常规的双向电泳技术比较，更加简单、劳动强度更低、效率更高【6】。

2.3 液相色谱分离

液相色谱分离技术是蛋白质组学非凝胶蛋白分离技术中最常用的方法。单一的液相分离技术常不能满足复杂蛋白质复合物分离的需要，多维液相分离系统则在技术上弥补了单一的液相分离技术的不足。多维液相分离系统是两种或两种以上具有不同分离原理特性的液相分离方法的优化和组合，它有效地提高了系统对样本的分辨率和峰容量。此外，多维液相分离系统还具有快速、高通量、自