郭姍姍，李賽洋，林永豪，胡 會(huì)，李玲玲

（西北民族大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730030）

對(duì)差異蛋白質(zhì)組學(xué)的研究是蛋白質(zhì)組學(xué)的研究中最重要的部分，所謂的差異蛋白質(zhì)組學(xué)，就是指不同狀態(tài)活類似物種之間的蛋白質(zhì)表達(dá)譜的比較和分析，動(dòng)態(tài)監(jiān)測體內(nèi)的全部代謝調(diào)控，使得能夠獲得某些關(guān)鍵的蛋白的選擇和分析[1]。在差異蛋白質(zhì)組學(xué)的研究中，最經(jīng)典的方法是利用雙向電泳技術(shù)結(jié)合蛋白質(zhì)譜分析技術(shù)和生物信息學(xué)技術(shù)，對(duì)差異蛋白質(zhì)進(jìn)行鑒定與分析[2]。但是由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和科研人員的不斷努力陸續(xù)出現(xiàn)了許多高通量的差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究方面的技術(shù)[3]。

1 差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究的主要方法

1.1 差異凝膠電泳技術(shù)

差異凝膠電泳技術(shù)(two-dimensional difference gel electrophoresis，2D-DIGE)是基于二維電泳技術(shù)，可以在相同的二維凝膠樣品進(jìn)行分離，從而一定程度上避免了傳統(tǒng)的雙向電泳技術(shù)的重復(fù)性較差的缺陷，并大大的提高了結(jié)果的準(zhǔn)確性[4]。差異凝膠電泳技術(shù)在昆蟲學(xué)[5]、食道癌[6]、糖尿病等領(lǐng)域的研究中應(yīng)用格外廣泛。如Garcia-Ramirez[7]等利用差異凝膠電和質(zhì)譜分析法來研究患有糖尿病且視網(wǎng)膜病變的患者以及患有先天性黃斑裂孔的非糖尿病患者的玻璃狀液總蛋白，結(jié)果與Western雜交試驗(yàn)測定結(jié)果是完全一致的，進(jìn)一步證實(shí)了差異凝膠電泳技術(shù)的準(zhǔn)確性。

1.2 質(zhì)譜及其相關(guān)的定量蛋白技術(shù)

1.2.1 ICAT技術(shù) 同位素代碼標(biāo)記技術(shù)(Isotopecoded affinity tag，ICAT)是一種新崛起的定量蛋白質(zhì)組學(xué)的工具。該方法很適用于對(duì)低豐度蛋白的測量，使得該技術(shù)應(yīng)用十分廣泛。Han[8]等人利用ICAT技術(shù)測定了來源密切的兩種細(xì)胞膜蛋白的相對(duì)含量。雖然ICAT技術(shù)可廣泛應(yīng)用于各種蛋白質(zhì)組學(xué)的研究，但I(xiàn)CAT技術(shù)有一些缺點(diǎn)：如只能和含有半胱氨酸殘基的蛋白質(zhì)反應(yīng)，但含有半胱氨酸殘基的蛋白質(zhì)的在總蛋白中較低。然而隨著ICAT技術(shù)的不斷改進(jìn)和一些新軟件的開發(fā), 相信這項(xiàng)技術(shù)也將會(huì)更適應(yīng)蛋白質(zhì)表達(dá)譜的分析。

1.2.2 iTRAQ技術(shù) 由美國應(yīng)用生物系統(tǒng)公司（Applied Bio systems Incorporation，ABI）所開發(fā)的功能強(qiáng)大的同位素標(biāo)記相對(duì)和絕對(duì)定量技術(shù)（isobaric tags for relative and absolute quantification，iTRAQ)對(duì)不同的樣品進(jìn)行分析的技術(shù)，有很好的精確性和可重復(fù)性，并在一定程度上彌補(bǔ)了ICAT技術(shù)的不足，故很快被大多數(shù)研究學(xué)者所接受。

近年來iTRAQ技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域[9]、神經(jīng)系統(tǒng)的相關(guān)疾病進(jìn)行研究[10]、疾病標(biāo)志物及疾病鑒別診斷[11]等領(lǐng)域。羅蔚等[12]基于iTRAQ蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)篩選出了安胃湯干預(yù)胃潰瘍肝郁脾虛證大鼠胃黏膜細(xì)胞所相關(guān)的蛋白。季青等[13]研究證實(shí)將iTRAQ與液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜結(jié)合能夠更快速且有效地進(jìn)行差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究。此外，iTRAQ 技術(shù)在某些領(lǐng)域的研究中首次使用，趙慧等[14]首次用該技術(shù)對(duì)血漿HDL 組分中存在的4 種常見修飾進(jìn)行了鑒定。

1.2.3 SILAC技術(shù) 細(xì)胞培養(yǎng)穩(wěn)定同位索標(biāo)記技術(shù)(Stable Isotope Labeling with Amino acids in Cell culture,簡稱SILAC)是指在細(xì)胞培養(yǎng)的過程中利用穩(wěn)定同位素所標(biāo)記的氨基酸結(jié)合質(zhì)譜技術(shù)對(duì)蛋白質(zhì)的表達(dá)進(jìn)行定量分析的一種新技術(shù)。與之前兩種質(zhì)譜技術(shù)相比，SILAC技術(shù)是通過細(xì)胞培養(yǎng)標(biāo)記的體內(nèi)標(biāo)記方式。

SILAC有一系列在蛋白質(zhì)組學(xué)及蛋白與RNA互作方面的應(yīng)用。Lisheng Wang[15]等SILAC同位素標(biāo)記定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析提供了一種新手段，研究人類多能干細(xì)胞（hPSCs）自我更新和分化。與體外標(biāo)記技術(shù)相比，SILAC有高通量、高的同位素標(biāo)記效率、可重復(fù)性好、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。然而對(duì)于很難培養(yǎng)的細(xì)胞系，這種代謝標(biāo)記的方法有些難以實(shí)施。

1.3 SELDI技術(shù)

SELDI蛋白質(zhì)芯片技術(shù)，即表面增強(qiáng)激光解吸離子化飛行時(shí)間質(zhì)譜(surface-enhanced laser desorption/ionization-time offight-mass spectrometry,SELDI-TOF MS)，是一種高通量、快速、全自動(dòng)化的技術(shù)。由于該技術(shù)不會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)的構(gòu)象完全依賴，它優(yōu)于那些抗原-抗體相互作用的蛋白質(zhì)芯片，這是當(dāng)目前蛋白質(zhì)組學(xué)研究的理想技術(shù)平臺(tái)。它的發(fā)展十分迅速，目前，已被廣泛應(yīng)用于生物技術(shù)、藥學(xué)、基學(xué)、臨床診斷、生物信息等諸多領(lǐng)域。北京師范大學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)中心的何大澄教授[16]成功用SELDI技術(shù)從30名患者和30名對(duì)照組的血樣品中篩選出15個(gè)肺癌標(biāo)志分子,為肺癌診斷技術(shù)的發(fā)展奠定了至關(guān)重要的基礎(chǔ)。此外，這種方法也應(yīng)用于其他疾病的研究，如急性心肌梗死[17]等。

2 差異蛋白質(zhì)組學(xué)具有良好的應(yīng)用前景

2.1 差異蛋白質(zhì)組學(xué)的研究具有很高的可實(shí)現(xiàn)性

目前，蛋白質(zhì)組學(xué)的研究采用的傳統(tǒng)技術(shù)仍無法檢測到某些低豐度蛋白，因而并沒有辦法實(shí)現(xiàn)高通量的蛋白質(zhì)分析[18]。因此，一些新的方法，例如穩(wěn)定同位素標(biāo)記等技術(shù)迅速發(fā)展，極大提高了質(zhì)譜技術(shù)在蛋白質(zhì)定量研究方面的能力,這將強(qiáng)力地推進(jìn)差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究的發(fā)展。

2.2 差異蛋白質(zhì)組學(xué)可以反映生命體的本質(zhì)

當(dāng)一個(gè)生物體在經(jīng)歷各種生理過程的同時(shí)，它所能表達(dá)的全部蛋白質(zhì)的總和是保持恒定的,而其蛋白質(zhì)組的構(gòu)成卻無時(shí)無刻都在發(fā)生著變化。因此，對(duì)于這種蛋白質(zhì)組中所特有的組成及其變化的研究，能夠直接認(rèn)識(shí)到生命體的本質(zhì)。而當(dāng)下是發(fā)展十分迅速的時(shí)代，更多的生命現(xiàn)象將會(huì)通過分子水平而獲得新的詮釋。而在差異蛋白質(zhì)組學(xué)的推動(dòng)下，這一進(jìn)程會(huì)變得更加精準(zhǔn)和快捷。

2.3 差異蛋白質(zhì)組學(xué)的應(yīng)用十分廣泛

對(duì)于每一個(gè)有生命活動(dòng)的細(xì)胞而言，一旦獲得它們的蛋白質(zhì)組的變化，就能夠確定這個(gè)細(xì)胞所處的狀態(tài)是否正常。因此，差異蛋白質(zhì)組學(xué)的研究已被廣泛應(yīng)用于早期診斷和治療疾病、環(huán)境因素的影響分析、基因工程產(chǎn)品鑒定、生物信息等諸多方面。

3 總結(jié)

隨著生命科學(xué)研究進(jìn)程的不斷加快，功能基因組學(xué)正逐漸代替結(jié)構(gòu)基因組學(xué)而成為現(xiàn)代生命科學(xué)的研究重心。對(duì)差異蛋白組學(xué)的研究能夠很大程度的豐富和促進(jìn)功能基因組學(xué)的研究工作，所以對(duì)差異蛋白質(zhì)組學(xué)的研究將會(huì)為人類對(duì)生命科學(xué)的探究做出非常重要的貢獻(xiàn)。