差异蛋白质组学技术研究进展
2019-03-19郭姗姗李赛洋林永豪李玲玲
郭姗姗，李赛洋，林永豪，胡 会，李玲玲
（西北民族大学 生命科学与工程学院，甘肃 兰州 730030）
对差异蛋白质组学的研究是蛋白质组学的研究中最重要的部分，所谓的差异蛋白质组学，就是指不同状态活类似物种之间的蛋白质表达谱的比较和分析，动态监测体内的全部代谢调控，使得能够获得某些关键的蛋白的选择和分析[1]。在差异蛋白质组学的研究中，最经典的方法是利用双向电泳技术结合蛋白质谱分析技术和生物信息学技术，对差异蛋白质进行鉴定与分析[2]。但是由于科学技术的发展和科研人员的不断努力陆续出现了许多高通量的差异蛋白质组学研究方面的技术[3]。
1 差异蛋白质组学研究的主要方法
1.1 差异凝胶电泳技术
差异凝胶电泳技术(two-dimensional difference gel electrophoresis，2D-DIGE)是基于二维电泳技术，可以在相同的二维凝胶样品进行分离，从而一定程度上避免了传统的双向电泳技术的重复性较差的缺陷，并大大的提高了结果的准确性[4]。差异凝胶电泳技术在昆虫学[5]、食道癌[6]、糖尿病等领域的研究中应用格外广泛。如Garcia-Ramirez[7]等利用差异凝胶电和质谱分析法来研究患有糖尿病且视网膜病变的患者以及患有先天性黄斑裂孔的非糖尿病患者的玻璃状液总蛋白，结果与Western杂交试验测定结果是完全一致的，进一步证实了差异凝胶电泳技术的准确性。
1.2 质谱及其相关的定量蛋白技术
1.2.1 ICAT技术 同位素代码标记技术(Isotopecoded affinity tag，ICAT)是一种新崛起的定量蛋白质组学的工具。该方法很适用于对低丰度蛋白的测量，使得该技术应用十分广泛。Han[8]等人利用ICAT技术测定了来源密切的两种细胞膜蛋白的相对含量。虽然ICAT技术可广泛应用于各种蛋白质组学的研究，但ICAT技术有一些缺点：如只能和含有半胱氨酸残基的蛋白质反应，但含有半胱氨酸残基的蛋白质的在总蛋白中较低。然而随着ICAT技术的不断改进和一些新软件的开发, 相信这项技术也将会更适应蛋白质表达谱的分析。
1.2.2 iTRAQ技术 由美国应用生物系统公司（Applied Bio systems Incorporation，ABI）所开发的功能强大的同位素标记相对和绝对定量技术（isobaric tags for relative and absolute quantification，iTRAQ)对不同的样品进行分析的技术，有很好的精确性和可重复性，并在一定程度上弥补了ICAT技术的不足，故很快被大多数研究学者所接受。
近年来iTRAQ技术已经广泛应用于医药领域[9]、神经系统的相关疾病进行研究[10]、疾病标志物及疾病鉴别诊断[11]等领域。罗蔚等[12]基于iTRAQ蛋白质组学技术筛选出了安胃汤干预胃溃疡肝郁脾虚证大鼠胃黏膜细胞所相关的蛋白。季青等[13]研究证实将iTRAQ与液相色谱串联质谱结合能够更快速且有效地进行差异蛋白质组学研究。此外，iTRAQ 技术在某些领域的研究中首次使用，赵慧等[14]首次用该技术对血浆HDL 组分中存在的4 种常见修饰进行了鉴定。
1.2.3 SILAC技术 细胞培养稳定同位索标记技术(Stable Isotope Labeling with Amino acids in Cell culture,简称SILAC)是指在细胞培养的过程中利用稳定同位素所标记的氨基酸结合质谱技术对蛋白质的表达进行定量分析的一种新技术。与之前两种质谱技术相比，SILAC技术是通过细胞培养标记的体内标记方式。
SILAC有一系列在蛋白质组学及蛋白与RNA互作方面的应用。Lisheng Wang[15]等SILAC同位素标记定量蛋白质组学分析提供了一种新手段，研究人类多能干细胞（hPSCs）自我更新和分化。与体外标记技术相比，SILAC有高通量、高的同位素标记效率、可重复性好、灵敏度高等优点。然而对于很难培养的细胞系，这种代谢标记的方法有些难以实施。
1.3 SELDI技术
SELDI蛋白质芯片技术，即表面增强激光解吸离子化飞行时间质谱(surface-enhanced laser desorption/ionization-time offight-mass spectrometry,SELDI-TOF MS)，是一种高通量、快速、全自动化的技术。由于该技术不会对蛋白质的构象完全依赖，它优于那些抗原-抗体相互作用的蛋白质芯片，这是当目前蛋白质组学研究的理想技术平台。它的发展十分迅速，目前，已被广泛应用于生物技术、药学、基学、临床诊断、生物信息等诸多领域。北京师范大学蛋白质组学中心的何大澄教授[16]成功用SELDI技术从30名患者和30名对照组的血样品中筛选出15个肺癌标志分子,为肺癌诊断技术的发展奠定了至关重要的基础。此外，这种方法也应用于其他疾病的研究，如急性心肌梗死[17]等。
2 差异蛋白质组学具有良好的应用前景
2.1 差异蛋白质组学的研究具有很高的可实现性
目前，蛋白质组学的研究采用的传统技术仍无法检测到某些低丰度蛋白，因而并没有办法实现高通量的蛋白质分析[18]。因此，一些新的方法，例如稳定同位素标记等技术迅速发展，极大提高了质谱技术在蛋白质定量研究方面的能力,这将强力地推进差异蛋白质组学研究的发展。
2.2 差异蛋白质组学可以反映生命体的本质
当一个生物体在经历各种生理过程的同时，它所能表达的全部蛋白质的总和是保持恒定的,而其蛋白质组的构成却无时无刻都在发生着变化。因此，对于这种蛋白质组中所特有的组成及其变化的研究，能够直接认识到生命体的本质。而当下是发展十分迅速的时代，更多的生命现象将会通过分子水平而获得新的诠释。而在差异蛋白质组学的推动下，这一进程会变得更加精准和快捷。
2.3 差异蛋白质组学的应用十分广泛
对于每一个有生命活动的细胞而言，一旦获得它们的蛋白质组的变化，就能够确定这个细胞所处的状态是否正常。因此，差异蛋白质组学的研究已被广泛应用于早期诊断和治疗疾病、环境因素的影响分析、基因工程产品鉴定、生物信息等诸多方面。
3 总结
随着生命科学研究进程的不断加快，功能基因组学正逐渐代替结构基因组学而成为现代生命科学的研究重心。对差异蛋白组学的研究能够很大程度的丰富和促进功能基因组学的研究工作，所以对差异蛋白质组学的研究将会为人类对生命科学的探究做出非常重要的贡献。
