血清蛋白质组学在乳腺癌研究中的应用进展

作者简介：朱乾文（1987－），男，在读硕士，主要从事乳腺疾病的治疗

工作。E-mail ：zqw3575@163．com 通讯作者：郭丽英（1960－），女，教授，主任医师，硕士生导师，主要从

事乳腺良、恶性疾病的诊疗工作。E-

mail ：gs318@yahoo．cn 血清蛋白质组学在乳腺癌研究中的应用进展

朱乾文

综述，郭丽英

审校

（新疆医科大学第一附属医院，新疆乌鲁木齐830054）

［关键词］乳腺癌；血清蛋白质组学；肿瘤标志物［中图分类号］R737．9

［文献标识码］A

［文章编号］1673－5412（2012）02－0180－04

随着肿瘤生物学的研究进展，乳腺癌的治疗和预

后判断研究进入了一个新的阶段。血清蛋白质组学为肿瘤的研究提供了新的技术平台和研究思路，应用蛋白质组学技术可以发现不同细胞间蛋白质的变化，寻找肿瘤相关蛋白，进而分析肿瘤发生、发展的可能机制，还可以通过特异性的差异蛋白作为疾病诊断治疗的分子标志。生理医学诺贝尔奖获得者Lee Hartwell 博士指出：早期诊断可以治疗癌症，早期诊断癌症的最新、最有效的方法是验血诊断，寻找肿瘤标志，特别是

其中的蛋白标志

［1－2］

。本文就血清蛋白质组学在乳腺癌诊断及预后判断中的研究进展做一综述。

1

血清蛋白质组学

1．1

定义蛋白质组的概念最初由澳大利亚学者

Wilkins 和Williams 于1994年提出，并首次在1995年

的Electrophoresis 上发表［3］

。蛋白质组是细胞、组织或

机体在特定的时间和空间上基因组所表达的全部蛋白质，是一个在时间和空间上变化的整体。蛋白质组是指

“1个细胞或1种组织其基因组所能表达的全部蛋白质”

。这些蛋白质是随着时间和空间而不断变化的。蛋白质组学是研究细胞内所有蛋白质及其动态变化规律的科学，是在蛋白质水平上定量、动态、整体地研究生物体，并由此在更深层次上获得对疾病过程、细胞生理和生化过程以及调控网络的广泛而完整的认识。蛋白质组学是指以蛋白质组为研究对象，从整体的角度，分析细胞内动态变化的蛋白质组成及其活动的规律，其包含表达蛋白质组学、功能蛋白质组学和结构蛋白质组学3个方面的意义。血清蛋白质组学是指

研究选定的目标人群血清中表达的全部蛋白质，在建

立正常蛋白质表达图谱的基础上，寻找其差异蛋白质点，鉴定疾病相关蛋白质，进而研究其结构和功能，为研究重大疾病病理生理学机制、早期诊断的特异性标志物、药物作用靶点等开辟新的途径。血清蛋白质与组织蛋白质、细胞蛋白质比较有其自己的特点，如血清蛋白质数量最多、不同的蛋白质含量差别极大、低丰度蛋白质的种类和含量极不稳定等。主要的血清蛋白质有白蛋白、免疫球蛋白、转铁蛋白、溶酶体蛋白酶等以及种类繁多的低丰度蛋白质，其种类估计有几万种之

多。血清蛋白质的含量可以相差108 1012

个数量级以上，白蛋白含量最多，而许多低丰度蛋白质含量极

微。而正是一些种类繁多、性质各异的低丰度蛋白质和相对分子质量较小的蛋白，携带着十分重要的信息。肿瘤早期就可在蛋白质水平出现细微但重要的组合改变。肿瘤性疾病从蛋白质组学的角度又可以被认为是一种蛋白质缺陷病，其发生过程中有多种蛋白质会发生异常变化。蛋白质表达异常不仅包括蛋白表达量的增加或减少，还包括蛋白质翻译后加工上的改变，从而导致肿瘤组织表达的蛋白质谱的改变。因此利用蛋白质组学方法检测蛋白质谱的变化可以更加准确地诊断肿瘤及了解肿瘤的发病机制。1．2

血清蛋白质组学研究技术

血清蛋白质组学的

研究技术有传统的蛋白质分离和鉴定技术，包括双向凝胶电泳技术（two-dimensional gel electrophoresis ，2-DE ）、质谱技术（mass-spectrometry ，MS ）。新的蛋白质分离和鉴定技术包括表面增强激光解析离子化－飞行时间－质谱（surface enhanced laser desorption /ioniza-tion time-of-flight mass spectrometry ，SELDI-TOF-MS ）、液相色谱和串联质谱联用、鸟枪测序法、高丰度蛋白质

去除+色谱分离+2-DE +联合质谱分离鉴定蛋白质等。SELDI 是一种以亲和力为基础的质谱法，其原理是使用特异探针表面或芯片才能够获得增强的表面亲

和捕获能力，蛋白质被选择地吸附到经化学改性的固

体表面，使用脉冲氮激光能量，使被捕获的靶蛋白从芯片表面电离出来，根据靶蛋白质在离子装置中的飞行时间，测定其相对分子质量［4］。因而，这种技术可以直接从标本（如血清）中鉴定特异标志物和分离蛋白质。根据定位于固体表面物质性质的不同，SELDI的芯片分为化学型和生物型2种类型。SELDI-TOF-MS 有很多优点，对样本需要量少，分析速度快，一般10 min就能完成，对含量极微的蛋白质（可以达到10－18），只要与表面探针结合都可以检测。SELDI可直接使用未经处理的原始样本进行检测，可以大规模、超微量、高通量、全自动筛选蛋白质，寻找某种特异蛋白质或生物标志分子，还可以发现不同的多种方式的组合蛋白质谱，进行相关疾病的诊断与研究。许多恶性肿瘤患者血清蛋白质谱的模型建立就应用此项技术，如乳腺癌、宫颈癌、结直肠癌、肝癌等。蛋白质经2-DE分离后，质谱与数据库查询相结合对蛋白质进行鉴定已成为蛋白质组学研究的中心工具，利用质谱数据鉴定蛋白质的策略主要有2种，包括利用肽之类指纹谱鉴定和通过串联质谱获得肽段序列信息鉴定。肽质量指纹谱由特异性蛋白酶消化蛋白质获得肽段，再经质谱仪测定的各肽段质量构成。质谱仪仅能鉴定肽段质量，不能鉴别同分异构体，向数据库查询是会有随机匹配；且数据库中越大的蛋白质理论质谱数据越多，越容易被随机匹配而出现假阳性。肽序列标签（pep-tide sequence tag，PST）技术指蛋白质由20种氨基酸组成，5 6个氨基酸残基的序列片段在一个蛋白质组成中具有很高的特异性，这个片段称为PST，可用于蛋白质鉴定。串联质谱获得的信息在数据库查询中特异性更强，最后可对该蛋白质进行鉴定。

2蛋白质组学与乳腺癌的诊断

从蛋白质组学的角度上讲，恶性肿瘤可以被认为是一种蛋白质缺陷病。其发生、发展过程中会出现多种蛋白质分子，如各种生长因子和酶，这些蛋白质与肿瘤的发生、发展有着密切的关系，都可能成为潜在的肿瘤标志物［5］。蛋白质组学技术具有高通量的特点，可以筛选乳腺癌不同发展阶段中基因表达的各种蛋白质，尤其是组织与体液中所含有的与肿瘤相关的低丰度蛋白质，从而发现大量有诊断价值的标志性蛋白质分子，为乳腺癌的筛检提供众多的标志物。联合多种标志物进行的筛检将有望提高乳腺癌筛检的特异性与敏感性。血清蛋白质组学在恶性肿瘤中，目前主要用于寻找肿瘤早期诊断的肿瘤相关标志物。Rui等［6］对76例乳腺癌患者和54例正常人的血清用2-DE和MS 技术进行比较分析，发现14-3-3Sigma蛋白在乳腺癌患者血清中表达明显下调，而热休克蛋白27在乳腺癌患者中上调，用这2种蛋白质对104例患者进行筛查，灵敏度为100%（69/69），特异度达97%（34/35）。提示血清蛋白质组图谱分析可用于高危人群和普通人群的筛查。但在应用于临床之前尚需扩大样本量来对这2种蛋白质进行验证。郑弘宇等［7］应用SELDI-TOF-MS技术，以弱阳离子交换芯片结合血清蛋白质，分析60例乳腺癌患者、60例健康女性的对照血清标本，得到其蛋白质谱，经分析建立分类树模型病进行盲筛验证，乳腺癌患者与健康对照女性比较，筛选出12个差异蛋白质峰（P＜0．001），利用软件筛选出3个标志蛋白质用于建立乳腺癌诊断的分类树模型，此模型灵敏度为91．90%，特异度为81．25%。得出SELDI-TOF-MS技术筛选出乳腺癌患者和健康对照女性血清蛋白质谱存在的差异蛋白质峰，可作为乳腺癌检测、随访监测的指标。van Winden等［8］利用SELDI-TOF MS技术对48例乳腺癌患者和48例正常人群进行病例对照研究，得出质核比为4276和4292在乳腺癌患者表达下降，质核比8129表达与乳腺癌无关。但这些蛋白质谱能否作为乳腺癌的标志物有待更进一步的研究。

乳腺癌中多种蛋白质会发生异常变化，不仅包括蛋白质表达量的增加或减少，还包括蛋白质翻译后加工上的改变，从而导致肿瘤组织表达的蛋白质谱的改变，利用蛋白质组学方法检测蛋白质谱的变化可以更加准确地诊断肿瘤。胡跃等［9］利用SELDI-TOF-MS技术及其配套蛋白芯片对49例乳腺癌患者和33例健康人的血清蛋白质组图谱进行检测，结合人工神经网络软件建立诊断模型并进行验证。以全部253个差异表达蛋白质峰的数据构建完整诊断模型，3例早期乳腺癌均被其准确检出，对中晚期乳腺癌的检出率为71．43%。表明该方法具有较高的灵敏度和特异度，可用于乳腺癌早期诊断与肿瘤标志物筛选研究。

3蛋白质组学与肿瘤的治疗

蛋白质组学的研究在整个蛋白质组水平上提供了研究细胞通路以及疾病、药物相互作用和一些生物刺激引起的功能紊乱的可能性，用蛋白质组学技术来检测、分析标志蛋白和靶蛋白，是目前肿瘤疗效评价、预后判断及其药物筛选研究中最新并且最强有力的