冯雅子瑄

摘 要：目的：帮助公众了解蛋白质组学。方法：以文献研究为主，对蛋白质组学技术的研究进展和应用进行梳理。结果：蛋白质组学是一类以蛋白质体系为研究对象的新技术，目前其主要进展包括高效的样品预处理技术、高准确度高覆盖的蛋白质定性与定量分析技术、蛋白质相互作用组分析技术上，并在妊娠期母胎疾病诊断、食品鉴伪、药用植物研究等方面取得了突破性应用。结论：蛋白质组学对于生命科学领域的基础研究和人类健康保健技术发展有着重要意义。

关键词：蛋白质组学;研究进展;应用;母胎疾病诊断;骨质疏松症防治;食品鉴伪

中图分类号：Q51 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）06-0194-02

0 引言

蛋白质组学是后基因组计划中的重要研究部分，它是一个蛋白质研究和基因组学相结合而产生的新领域，受到科学研究者们极大的重视。简单来讲，蛋白质组学就是以蛋白质为研究对象，只不过该研究是在更整体、更全面的层次上进行。蛋白质组学注重如何动态描述基因调节，通过对细胞、组织或生物体蛋白质组成及其变化规律的研究，解释基因表达调控的机制。从本质上讲，蛋白质组学的研究集中在蛋白质的表达、翻译后的修饰以及蛋白与蛋白间相互作用，从而帮助科学家在蛋白质水平上认识疾病机理，了解细胞生成代谢过程。蛋白质组学为人类探索生命的起源和发展提供了技术手段和理论基础，还对人类健康事业（比如疾病机理、疾病预防、疾病治疗）的发展起着极为重要的作用。

1 蛋白质组学的研究进展

1.1 高效的样品预处理技术

高度复杂的生物样品始终是蛋白质组学研究中的难题。高效地完成样品预处理，使被测组分全部转入溶液，能够在很大程度上降低生物样品的复杂度。但是如何解决疏水性膜蛋白质溶解困难问题、减少生物样品中的低丰度蛋白质在提取时的损失仍是蛋白质组预处理技术的关键。

中国科学院的张丽华教授发现氯化-1-十二烷基-3-甲基咪唑离子液体具有用于蛋白质预处理的辅助增溶优点，比如该离子液体酶活和质谱兼容性好、溶解能力强等。通过使用该液体，蛋白质检测的灵敏度有了很大提高[1]。对于微量细胞中的蛋白质检测问题，邹汉法教授利用了十二烷基麦芽糖苷，它能够从10000个细胞中鉴定到近500个糖基化位点。另外一种蛋白质预处理技术为自由流电泳，该方法分离条件温和、无固体支持介质，并且可以实现持续性分离，很早就被应用于亚细胞器的分离。在传统自由流电泳方法基础上，曹成喜教授增加了热电制冷模块，所发明的循环式自由流电泳系统进一步提高了流电泳方法的效果。

1.2 高准确度高覆盖的蛋白质定性与定量分析技术

受制于检测技术，之前的蛋白质组学多集中在定性研究。目前，随着传感器技术、电子元器件的发展，高精准、高覆盖定量分析成为蛋白质组学的两个重要方向。随着基于生物信息学的海量数据处理技术的进步，生物质谱技术成为定量分析蛋白质组的主要支撑技术。该方法通过测定生物样品中离子质荷比来分析生物样品的成分和结构，显著提高了定量的精准度，有着很好的应用前景[2]。此外，蛋白质组深度覆盖定量技术还可以高效的预处理为基础，比如针对细胞表面糖蛋白的糖链，基于酰肼化学等原理，研制可一步富集质膜的亲和材料，进而实现质膜蛋白质组的深度覆盖定量分析;为了提高蛋白质组定量的覆盖度，针对外泌体的磷脂双分子层，研制可一步富集外泌体的亲和材料，进而实现外泌体蛋白质组的深度覆盖定量分析等。

1.3 蛋白质相互作用组分析技术

精准解析蛋白质复合体是当前研究的热门课题，也是蛋白质组的重要研究对象[3]。蛋白质-蛋白质间的相互作用控制着生命的各个过程，是整个生命体结构和生命活动的基础和特征。蛋白质相互作用组分析技术主要包含酵母双杂交技术、串联亲和纯化技术、化学交联结合质谱技术。

酵母双杂交技术灵敏度极高，理论上可以检测到蛋白质-蛋白质间所有可能的相互作用。即使蛋白质间极其微弱或是瞬间的相互作用，也可以通过监测基因的表达产物进行揭示。但是它只能定位细胞核内的相互作用，翻译后修饰的蛋白无法定位。另外某些蛋白本身可以发挥激活作用，使转录在无特异激活结构域的情况下进行，表面具有能与蛋白质结合产生复合物的低亲和力区域，都会产生“假阳性”结果。串联亲和纯化技术多用于研究蛋白质复合体中多个蛋白质间的相互作用，特别适用于研究蛋白质在生理条件下的相互作用，是快速纯化蛋白质复合物及其相关蛋白质的一类方法。它的局限性在于串联亲和纯化标签的引入可能影响靶蛋白与亲和柱结合，细胞解裂会影响亲和串联纯化标签的表达，细胞内部的作用会影响第二次纯化。化学交联结合质谱技术分析速度快、通量高、成本低、对蛋白质各方面性状要求低，是近几年的热门技术。比如董梦秋教授在Leiker交联剂方面所做的研究，就推动了对蛋白质空间结构和相互作用的表征的认识[1]。目前，化学交联结合质谱技术在纯化的蛋白或蛋白复合物中较为成熟，但因样品复杂性高和交联肽低丰度的问题仍有众多限制。以上三种方法仍需要进行不断地改进。

2 蛋白质组学的应用

2.1 蛋白质组学技术在妊娠期母胎疾病诊断中的应用

妊娠期检查可以用来评估胎儿是否存在染色體层面的遗传病，并检测孕妇是否存在妊娠相关并发症的发生风险。鉴于目前蛋白质组学的发展，已经可以在妊娠早期通过检测孕妇外周血中的特异妊娠相关标志物进行诊断。这些生物标志物可以应用于妊娠相关并发症（比如胎儿生长受限、子痫前期、妊娠期糖尿病等）、胎儿染色体异常、胎儿先天畸形等疾病的诊断。利用蛋白质组学技术实现妊娠期母胎疾病诊断具有敏感性高、对标本量需求少、对受检者创伤小等优点，因此一经出现便引起了很大轰动[4]。

2.2 蛋白质组学在中医药防治骨质疏松症中的应用

在中国老龄化问题日益严重的背景下，老年人群中常见的骨质疏松症受到重点关注。目前西医中已有很多治疗药物，但多数仍存在较大的不良反应，因此很多科学家致力于通过中医药治疗骨质疏松症。蛋白质组学技术为疾病机理和发病机制研究提供途径，并为治疗方案提供新的思路和方法。蛋白质组学的发展为从成骨细胞、破骨细胞等分子水平研究骨质疏松症的机制提供了全新的思路[5]。

2.3 蛋白质组学在食品鉴伪技术中的应用

食品掺伪是食品质量安全中最常见、最严重的问题，关系到民众的健康。蛋白质组学在整体水平上研究蛋白质的特征，进而整体、全面地认识食品蛋白质在不同状态下的变化，反映出食物中细胞的健康状态，从而能够鉴定出食品的质量等级，成为食品安全的有力捍卫者[6]。比如可以通过蛋白质组学鉴定市场中牛肉、羊肉的真假;可以鉴定乳制品、保健食品的真实功效。用于食品鉴伪的蛋白质组学技术有蛋白质芯片技术、酶联免疫分析法、蛋白质信息学以及同位素标记亲和标签等。

2.4 蛋白质组学在药用植物研究中的应用

医学界目前使用的许多治疗药物均从传统药材资源中发现。研究药用植物的代谢及其系统调节对鉴定其活性化合物至关重要。基于蛋白质组学能够提供来自药用植物和动物取食植物全面生理信息的可能，蛋白质组学在药物机制研究和开发领域得到广泛应用。药用植物中关键酶的鉴定有助于阐明植物中复杂的活性化合物的生物合成途径，从而投入应用。尽管蛋白质组学研究在一些药用植物中已取得成功，但蛋白质组学药用植物领域的应用还大有潜力可挖[7]。

3 结语

西湖大学校长施一公教授曾说二十一世纪是生物的世纪，生物技术将彻底改变世界和人类。蛋白质组学就是这样一种技术。作为一种以蛋白质体系为研究对象的新学科，蛋白质组学不仅用于生命科学领域的基础研究，探寻生命起源和发展，还对人类健康保健、临床医学有着巨大贡献，比如用于妊娠期母胎疾病诊断、食品鉴伪、药用植物研究等。随着蛋白质组学的进一步发展，其应用领域也将不断扩展，必将成为未来生命科学领域最有前景的前沿技术，为人类带来更大的利益。

参考文献

[1] 赵群，张丽华，张玉奎.蛋白质组学技术前沿进展[J].应用化学，2018，35（09）：977-983.

[2] 张丽华，单亦初，张弓.深度覆盖的蛋白质组精准鉴定与定量新技术[J].中国基础科学， 2018（1）：49-52.

[3] 刘先早.蛋白质相互作用研究的技术方法和应用[J].西南国防医药，2009，19（02）：251-253.

[4] 张强，袁正伟.蛋白质组学技术在妊娠期母胎疾病诊断中的应用研究进展[J].中国实用妇科与产科杂志，2018，34（06）：700-704.

[5] 王海霞，莫枢，孙珂焕.蛋白质组学在中医药防治骨质疏松癥中研究进展[J].深圳中西医结合杂志，2018，28（14）：197-199.

[6] 马科锋，王红青，贾彦博，励炯，林伟杰，姜荷.基于蛋白质组学的食品鉴伪技术研究进展[J].食品安全质量检测学报，2018，9（14）：3686-3692.

[7] 付强，赵杰宏，刘育辰，邹颉.药用植物蛋白质组学的研究进展[J].贵州农业科学，2018，46（10）：16-19.