差異蛋白質組學技術研究進展

郭姍姍，李賽洋，林永豪，胡 會，李玲玲

（西北民族大學 生命科學與工程學院，甘肅 蘭州 730030）

對差異蛋白質組學的研究是蛋白質組學的研究中最重要的部分，所謂的差異蛋白質組學，就是指不同狀態活類似物種之間的蛋白質表達譜的比較和分析，動態監測體內的全部代謝調控，使得能夠獲得某些關鍵的蛋白的選擇和分析[1]。在差異蛋白質組學的研究中，最經典的方法是利用雙向電泳技術結合蛋白質譜分析技術和生物信息學技術，對差異蛋白質進行鑒定與分析[2]。但是由于科學技術的發展和科研人員的不斷努力陸續出現了許多高通量的差異蛋白質組學研究方面的技術[3]。

1 差異蛋白質組學研究的主要方法

1.1 差異凝膠電泳技術

差異凝膠電泳技術(two-dimensional difference gel electrophoresis，2D-DIGE)是基于二維電泳技術，可以在相同的二維凝膠樣品進行分離，從而一定程度上避免了傳統的雙向電泳技術的重復性較差的缺陷，并大大的提高了結果的準確性[4]。差異凝膠電泳技術在昆蟲學[5]、食道癌[6]、糖尿病等領域的研究中應用格外廣泛。如Garcia-Ramirez[7]等利用差異凝膠電和質譜分析法來研究患有糖尿病且視網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，結果與Western雜交試驗測定結果是完全一致的，進一步證實了差異凝膠電泳技術的準確性。

1.2 質譜及其相關的定量蛋白技術

1.2.1 ICAT技術 同位素代碼標記技術(Isotopecoded affinity tag，ICAT)是一種新崛起的定量蛋白質組學的工具。該方法很適用于對低豐度蛋白的測量，使得該技術應用十分廣泛。Han[8]等人利用ICAT技術測定了來源密切的兩種細胞膜蛋白的相對含量。雖然ICAT技術可廣泛應用于各種蛋白質組學的研究，但ICAT技術有一些缺點：如只能和含有半胱氨酸殘基的蛋白質反應，但含有半胱氨酸殘基的蛋白質的在總蛋白中較低。然而隨著ICAT技術的不斷改進和一些新軟件的開發, 相信這項技術也將會更適應蛋白質表達譜的分析。

1.2.2 iTRAQ技術 由美國應用生物系統公司（Applied Bio systems Incorporation，ABI）所開發的功能強大的同位素標記相對和絕對定量技術（isobaric tags for relative and absolute quantification，iTRAQ)對不同的樣品進行分析的技術，有很好的精確性和可重復性，并在一定程度上彌補了ICAT技術的不足，故很快被大多數研究學者所接受。

近年來iTRAQ技術已經廣泛應用于醫藥領域[9]、神經系統的相關疾病進行研究[10]、疾病標志物及疾病鑒別診斷[11]等領域。羅蔚等[12]基于iTRAQ蛋白質組學技術篩選出了安胃湯干預胃潰瘍肝郁脾虛證大鼠胃黏膜細胞所相關的蛋白。季青等[13]研究證實將iTRAQ與液相色譜串聯質譜結合能夠更快速且有效地進行差異蛋白質組學研究。此外，iTRAQ 技術在某些領域的研究中首次使用，趙慧等[14]首次用該技術對血漿HDL 組分中存在的4 種常見修飾進行了鑒定。

1.2.3 SILAC技術 細胞培養穩定同位索標記技術(Stable Isotope Labeling with Amino acids in Cell culture,簡稱SILAC)是指在細胞培養的過程中利用穩定同位素所標記的氨基酸結合質譜技術對蛋白質的表達進行定量分析的一種新技術。與之前兩種質譜技術相比，SILAC技術是通過細胞培養標記的體內標記方式。

SILAC有一系列在蛋白質組學及蛋白與RNA互作方面的應用。Lisheng Wang[15]等SILAC同位素標記定量蛋白質組學分析提供了一種新手段，研究人類多能干細胞（hPSCs）自我更新和分化。與體外標記技術相比，SILAC有高通量、高的同位素標記效率、可重復性好、靈敏度高等優點。然而對于很難培養的細胞系，這種代謝標記的方法有些難以實施。

1.3 SELDI技術

SELDI蛋白質芯片技術，即表面增強激光解吸離子化飛行時間質譜(surface-enhanced laser desorption/ionization-time offight-mass spectrometry,SELDI-TOF MS)，是一種高通量、快速、全自動化的技術。由于該技術不會對蛋白質的構象完全依賴，它優于那些抗原-抗體相互作用的蛋白質芯片，這是當目前蛋白質組學研究的理想技術平臺。它的發展十分迅速，目前，已被廣泛應用于生物技術、藥學、基學、臨床診斷、生物信息等諸多領域。北京師范大學蛋白質組學中心的何大澄教授[16]成功用SELDI技術從30名患者和30名對照組的血樣品中篩選出15個肺癌標志分子,為肺癌診斷技術的發展奠定了至關重要的基礎。此外，這種方法也應用于其他疾病的研究，如急性心肌梗死[17]等。

2 差異蛋白質組學具有良好的應用前景

2.1 差異蛋白質組學的研究具有很高的可實現性

目前，蛋白質組學的研究采用的傳統技術仍無法檢測到某些低豐度蛋白，因而并沒有辦法實現高通量的蛋白質分析[18]。因此，一些新的方法，例如穩定同位素標記等技術迅速發展，極大提高了質譜技術在蛋白質定量研究方面的能力,這將強力地推進差異蛋白質組學研究的發展。

2.2 差異蛋白質組學可以反映生命體的本質

當一個生物體在經歷各種生理過程的同時，它所能表達的全部蛋白質的總和是保持恒定的,而其蛋白質組的構成卻無時無刻都在發生著變化。因此，對于這種蛋白質組中所特有的組成及其變化的研究，能夠直接認識到生命體的本質。而當下是發展十分迅速的時代，更多的生命現象將會通過分子水平而獲得新的詮釋。而在差異蛋白質組學的推動下，這一進程會變得更加精準和快捷。

2.3 差異蛋白質組學的應用十分廣泛

對于每一個有生命活動的細胞而言，一旦獲得它們的蛋白質組的變化，就能夠確定這個細胞所處的狀態是否正常。因此，差異蛋白質組學的研究已被廣泛應用于早期診斷和治療疾病、環境因素的影響分析、基因工程產品鑒定、生物信息等諸多方面。

3 總結

隨著生命科學研究進程的不斷加快，功能基因組學正逐漸代替結構基因組學而成為現代生命科學的研究重心。對差異蛋白組學的研究能夠很大程度的豐富和促進功能基因組學的研究工作，所以對差異蛋白質組學的研究將會為人類對生命科學的探究做出非常重要的貢獻。