第29卷第4期2011年4月
中华中医药学刊
CHINESE ARCHIVES OF TRADITIONAL CHINESE MEDICINE
Vol．29No．4
Apr．2011
中华中医药
学刊
基于蛋白质组学技术的脾虚证本质研究探析
贾连群，王彩霞，冯峻屹
(辽宁中医药大学，辽宁沈阳110032)
摘要:脏象学说是中医理论的核心，证候实质是脏象理论的关键，证候科学内涵的阐释是指导临床辨证论治的重要依据。脾虚证是中医临床上最为常见的证候之一。蛋白质组学可以从整体水平上反映特定状态下蛋白质表达的动态演变过程。本课题小组通过对以往脾虚证本质的实验研究，认为运用蛋白质组学技术，对脾虚证候动物模型蛋白质组表达差异和功能机型进行研究，可为解释脾虚证的现代科学意义提供有力的实验依据。
关键词:蛋白质组学;脾虚;证候
中图分类号:R589．3文献标识码:A文章编号:1673－7717(2011)04－0720－03
Discussion on Proteomics Applied to Research Essence of Spleen Deficiency
JIA Lian-qun，WANG Cai-xia，FENG Jun-yi
(Liaoning University of Traditional Chinese Medicine，Shenyang110032，China)
Abstract:Syndrome theory is the core of traditional Chinese medicine theory，the interpretation of scientific content of syndrome is also the key issues in medical research．Spleen deficiency is one of the most common syndromes．Pro-teomics can reflect the overall level of protein expression under specific condition．In this paper，by analyzing previous experimental studies，we proposed our own viewpoints as follows，studying different expression and function of proteins in the model of spleen deficiency syndrome by means of proteomics methods，can provide strong experimental evidence for elucidation of the modern scientific significance to spleen deficiency syndrome．
Key words:proteomis;spleen deficiency;syndroms
收稿日期:2010－11－12
基金项目:国家自然科学基金资助项目(30973689)
作者简介:贾连群(1975－)，女，辽宁营口人，讲师，博士后，研究
方向:脾虚证分子生物学机制研究。
通讯作者:王彩霞(1963－)，女，辽宁沈阳人，教授，博士研究生
导师，研究方向:中医药防治脾虚证机理研究。
中医学认为脾主运化，为“后天之本”、“气血生化之
源”，脾主运化，不仅主饮食物的消化吸收，参与体内的物质
代谢和能量代谢，同时还与机体的多种生理活动密切相关。
研究认为:脾(胃)是以消化系统为主的多系统、多器官的综
合功能单位，它涉及现代医学的消化、神经、免疫、内分泌、血
液等系统的部分功能。虽然诸多学者已对脾虚证候的本质
进行了大量研究，但基于蛋白质组学技术方面的研究较少。
蛋白质组学是研究一个细胞、组织、器官或有机体在一定时
间或一定状态下所表达的所有蛋白质［1］，其研究重心是某一
层次所有蛋白质及动态变化规律。本文将对基于蛋白质组
学技术的脾虚证候本质方面的研究进行探讨分析。
1脾虚证是“百病由生”的病理基础
脾位中焦，五行属土，被誉为“万物之母”、“后天之
本”，历代医家精于对脾脏的理论研究，形成了独特的中医
脾胃学说。脾脏的病理变化常以虚证为主，脾虚证表现为
脾气虚证、脾阳虚证和脾阴虚证。脾主运化是维持机体各
种功能活动的基础，“脾虚则百病由生”，临床上几乎所有
的疾病都有脾虚证型。脾虚脾失健运所引起的病证涉及到
多个系统。
证候是对疾病一定阶段病理生理变化的概括，反应了
不同个体在疾病过程中一定阶段的病因、病位、病性、邪正
盛衰和病变趋势及转归等本质，表现为临床可被观察到的
一组具有内在联系的症状群。脾虚证是脾生理功能失常的
病理基础。脾虚则运化无权，水谷、津液失运，致气血乏源、
气不化津、聚湿生痰，以及脾不统血、枢机不利、清阳不升、
四肢不充等一系列病理变化，表现为腹胀便溏、纳呆食少、
痰饮水肿、内脏下垂、耗血动血、气血双亏、经脉失养等多种
病症。可见，脾虚证状态下机体发生了是一系列具有内在
规律的病理变化，它是“百病由生”的病理基础，因此，探讨
和揭示脾虚证的本质不仅可以丰富完善中医脏象理论，更
为临床各科疾病从脾论治提供科学依据。
2脾虚证本质的实验研究
脾虚证是中医临床最为常见的证候之一，据报道［2］目
前已经涉及80项以上的实验指标。脾主运化是脾生理功
能的基础，脾虚往往表现为脾主运化功能减退而出现的一
系列症状。
2．1胃肠运动功能改变慢性胃脘痛脾胃虚弱组患者胃
排空时间较正常组明显缩短［3］。脾气虚大鼠胃排空率下
降，但十二指肠电慢波节律、振幅、运动指数较变化则不显
著［4］，结肠环形肌运动频率与正常组接近，而振幅显著高
于正常组［5］。
2．2胃肠黏膜改变脾气虚大鼠胃黏膜比正常大鼠薄，胃
腺数量有不同程度的减少，并且腺体变小，胃主细胞、壁细
胞数量有不同程度的减少［6］。光镜下脾气虚大鼠胃肠黏
膜上皮局灶坏死脱落，可见炎性渗出，胃腺、肠腺萎缩;透射
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华
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药
学
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电镜下见上皮细胞内含有大量自噬泡，腺体萎缩，黏膜下层水肿，细胞排列疏松［7］，脾虚小鼠小肠绒毛变细变短，肠上皮变矮，柱状上皮立方形改变，固有膜空泡样改变，肠黏膜微绒毛排列稀疏紊乱，长短不一［8］。
2．3胃肠分泌物的变化脾虚大鼠多种胃肠激素如生长抑素、血管活性肠肽(VIP)、β－内啡肽(β－EP)、神经肽Y (NPY)水平异常［9］，血浆胃泌素(Gas)水平下降，胃壁细胞胃泌素受体结合位点数明显降低［10］。脾虚早期(7天)，组织及血浆中胆囊收缩素(CCK)、血浆胃动素(MOT)含量均升高，脾虚晚期(14天)，MOT在组织和血浆中含量均下降，CCK在下丘脑及胃窦组织中含量升高，在血浆和肠道组织中含量下降［11］。脾虚证大鼠胃窦部P物质(SP)、血管活性肠肽(VIP)、降钙素基因相关肽(CGRP)含量均明显降低［12］，提示脾虚证胃肠肽分泌异常与胃动力失调有一定关系。
2．4脾虚证的分子生物学研究脾气虚证大鼠模型LPO (脂质过氧化物)及其相关抗氧化酶的变化，使生物膜受到攻击而导致结构、功能异常，可能是脾气虚证的分子生物学机制之一［13］。脾阳虚证大鼠肠血液中丙二醛(MDA)含量升高，硒谷胱甘肽过氧化物酶(Se－GSH－Px)活性以及Se －GSH－Px/MDA比值显著下降，提示脾阳虚时机体的过氧化速率增强，抗氧化能力下降［14］。结肠癌脾虚证患者病理组织中P53、Bcl－2蛋白的阳性表达率及表达水平显著高于非脾虚组，Bax蛋白阳性表达脾虚组低于非脾虚组，但无显著性差异［15］。随着组学技术的发展，基因组学技术被引入脾虚研究领域。基因芯片技术研究发现，脾虚证实质涉及大脑皮层和海马的基因表达谱改变，有150余条基因的表达与对照组比较有明显差异，并且显示与能量代谢、蛋白质合成、DNA合成及与免疫功能等相关基因的表达普遍下调［16］。
3蛋白质组学在脾虚证研究中的应用
科技在医学领域的迅猛发展，现代生物学技术已经深入到后基因组—功能基因组的研究，而蛋白质组学是功能基因组研究的一个重要技术支撑体系。蛋白质组为生物机体、组织、细胞在特定的时间和空间表达的所有蛋白质。蛋白质组学可以从整体水平上反映特定状态下蛋白质表达的动态演变过程，其特点是采用高通量、高分辨率的蛋白鉴定技术，全景式的研究在特定生理、病理、药理条件下的蛋白表达及功能谱，其从整体上研究蛋白质的表达和功能的方法与中医基础理论中的整体观念不谋而合。
目前，蛋白组学技术已被初步应用于证候本质的研究领域，文献检索结果显示，蛋白质组学研究已涉及中医脾虚证、血虚证、肾阳虚、肾阴虚、肝郁证、毒热血瘀证、气滞血瘀证、肝阳上亢证等。胡学军研究脾虚小鼠小肠上皮细胞的蛋白质组特征，对33个蛋白质点表达量的分析结果表明，蛋白质表达呈双向变化，以下调为主，模型组与正常组相比表达下调蛋白质点27个，表达变化的蛋白质涉及细胞各部位［17］。卢德照对肾阳虚大鼠肝线粒体蛋白质组研究发现，肾阳虚动物能量代谢相关酶的变化与肾阳虚的临床虚寒症状有关［18］。赵慧辉［9］探讨冠心病血瘀证蛋白质组学特点发现患者血浆α1－酸性糖蛋白、结合珠蛋白αl链等表达升高，载脂蛋白AⅠ、载脂蛋白AⅣ等表达降低，提出该差异蛋白可能作为冠心病血瘀证诊断或治疗的新靶点。丁莺
总结目前蛋白质组学技术在消化系统肿瘤中的应用，发现
食管癌、胃癌、肝癌等消化系统癌症患者的组织提取物均有
多种蛋白质表达的显著变化，这些结果可能成为此类癌症
的诊断标志物和潜在的分子治疗靶标［20］。
笔者认为，运用蛋白质组学技术，通过对脾虚证候模型
蛋白质组表达差异和功能的研究，结合生物统计学比较分
析，建立脾虚证相关的蛋白质表达图谱和数据库，可为揭示
脾虚证的现代科学意义提供有力的实验依据。本课题组与
北京蛋白质组研究中心合作，利用荧光差异显示凝胶电泳(DIGE)结合基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI
－TOF－MS)技术，分析比较了脾气虚、脾阴虚、脾阳虚大
鼠小肠蛋白质组改变，初步筛选出39个有差异的蛋白质，
其功能涉及糖代谢、脂类代谢、能量代谢以及炎症等诸方
面，资料整理挖掘和进一步的验证工作正在实施之中。
4结论与展望
蛋白质组学在中医药研究中的应用前景受到了广泛的
关注。但是，目前证候蛋白质组学的研究尚少，多处在探索
阶段。蛋白质组学技术应用于脾虚证的研究就更为少见。
然而，蛋白质组学的研究方法和中医基础理论中的整体观
念的一致性使得蛋白质组学技术尤为适合应用于中医基础
理论的研究。作为中医证候中最重要也是最常见的脾虚
证，基于蛋白质组学的此方面研究应得到更多的关注。虽
然蛋白质组学的研究仍有很多问题和缺点亟待解决，但是
有理由相信，随着技术与方法的不断创新与发展，蛋白质组
学必将在中医与西医各学科中发挥越来越重要的作用，并
搭建起中西医结合的交叉点。
参考文献
［1］Dove A．proteomies:translation genomics into products?［J］．Nature Biotechnology，1999，17(3):233－236．
［2］葛文松，刘杰民．中医脾虚证研究的误区与对策［J］．贵阳中医学院学报，2004，26(1):6－7．
［3］潘志恒，陈国浩，梁九根，等．慢性胃脘痛患者中医证型与核素胃排空功能关系的初步探讨［J］．中西医结合脾胃杂志，
1997，5(3):143－146．
［4］任平，黄熙，张莉，等．四君子汤对实验性脾气虚大鼠胃排空率的影响［J］．中国中西医结合杂志，2000，20(8):596－
598．
［5］孟畅，王伟，李伟生，等．实验性脾气虚证大鼠离体结肠运动的改变［J］．首都医科大学学报，200l，22(4):360－361．
［6］孙远岭，奚政君，祝明杰．脾气虚大鼠胃粘膜结构改变及运脾治疗作用的实验研究［J］．山东中医杂志，2000，19(12):742
－743．
［7］姚永莉，宋于刚，赵彤，等．大鼠脾虚证模型的胃肠粘膜形态学研究［J］．中国中西医结合脾胃杂志，2000，8(1):8－9．
［8］蔡莹，蔡光先，刘柏炎，等．生晒参超微饮片对脾虚小鼠小肠黏膜形态学的影响［J］．湖南中医药大学学报，2007，27(3):
20－22．
［9］王洪海，谢鸣．复合因素致脾虚证模型大鼠血中胃肠激素含量的变化［J］．中国实验方剂学杂志，2006，12(10):30－35．［10］徐珊，杨青，成信法．乐胃饮对脾气虚实验大鼠胃泌素和胃动素的影响［J］．中国医药学报，2004，19(1):20－22．
［11］任平，黄熙，李月彩，等．脾虚证大鼠组织和血浆中SS，CCK，Mot 含量的变化［J］．世界华人消化杂志，2004，8(4):436－438．
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收稿日期:2010－11－17
基金项目:国家中医药管理局中医眼科学重点学科建设项目;湖南
省科技厅科研基金资助项目(02SSY3096);湖南省自然科学基金资助项目(02JJY2035);湖南省教育厅中医五官科学重点学科建设项目
作者简介:付美林(1980－)，女，湖南浏阳人，硕士研究生，研究方
向:中西医结合治疗眼底病。
通讯作者:彭清华(1965－)，男，教授、主任医师，博士研究生导师，博
士，研究方向:眼底病、青光眼、眼表疾病。
［12］刘素梅．实验性脾虚证大鼠胃窦部SP 、VIP 、CGRP 含量的研
究［
J ］．首都科技大学学报，1998，19(2):105－108．［13］王晓明．“脾为后天之本”的分子生物学基础［J ］．辽宁中医
杂志，
1994，21(3):139－141．［14］刘艳明．脾阳虚大白鼠造型脂质过氧化速率和抗氧化能力
的实验研究［J ］
．辽宁中医杂志，1994，21(1):13－18．［15］吴苏冬，周冬枝，贾宗良．结肠癌脾虚证p53，Bcl －2和Bax
的表达［
J ］．第四军医大学学报，2003，13(7):1111－1113．［16］王肃，邹世洁，陈小野，等．利血平脾虚证模型海马基因表
达谱变化的研究［J ］．现代中西医结合杂志，2004，24(12):841－844．
［17］胡学军，蔡光先，刘柏炎，等．脾虚小鼠小肠上皮细胞蛋白质
组特征及白参的干预作用研究［J ］．中国中西医结合消化杂志，
16(6):351－354．［18］卢德赵，沃兴德，施孟如，等．激素型肾阳虚动物肝线粒体
蛋白质组与能量代谢相关性［J ］．中国生物化学和分子生物学报，
2005，21(6):807－814．［19］赵慧辉，王伟，郭淑贞．冠心病不稳定型心绞痛血瘀证的蛋白
质组学
［J ］．中国动脉硬化杂志，2008，16(7):545－548．［20］丁莺，吕宾，沈雁．蛋白质组学在消化系肿瘤中的应用［J ］．
世界华人消化杂志，
2009，17(22):2227－2230．第29卷第4期
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TRADITIONAL CHINESE
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中
华中医药学刊
活血利水法对兔外伤性玻璃体视网膜病变增殖膜上整合素β1表达的影响
付美林1，2，彭清华1，陈吉1，3，邢雁飞
1，4
(1．湖南中医药大学第一附属医院眼科学重点学科，湖南长沙410007;2．浏阳市集里医院眼科，湖南浏阳410300;
3．南京市雨花台区妇幼保健所眼科，江苏南京210012;4．上海市嘉定区中医医院眼科，上海201800)摘要:目的:探讨活血利水之散血明目片对外伤性增生性玻璃体视网膜病变(traumatic Proliferrative Vitreo-retinopathy ，tPVR )增殖膜(ERM )中整合素β1表达的影响及防治PVR 的作用机理。方法:将40只成年有色家兔随机抽取32只，造成外伤性PVR 模型，随机分成活血利水组、活血化瘀组、利水明目组、模型组，另8只为空白
组。连续灌胃30天后，
观察眼底PVR 分级情况，免疫组织化学方法检测整合素β1表达在各组的表现及病理组织学改变。结果:在活血利水组，ERM 中整合素β1阳性程度低于模型组，差异具有显著性(P ＜0．01)。活血化
瘀组与利水明目组也能降低整合素β1表达的阳性程度，与模型组相比有显著性意义(P ＜0．05)。活血利水组整合素β1阳性程度低于另两个治疗组，有显著性差异(P ＜0．05)。活血利水治疗组整合素β1阳性程度略高于空白组，有显著差异性(P ＜0．01)。结论:活血利水法是活血化瘀和利水明目两者作用的协同，能通过拮抗增殖膜中整合素β1表达的作用来抑制增殖细胞的过度增生，从而防治PVR 形成和发展。
关键词:活血利水法;散血明目片;外伤性增生性玻璃体视网膜病变;增殖膜(ERM );整合素β1中图分类号:R285．5文献标识码:A 文章编号:1673－7717(2011)04－0722－04
Experimental Study of HuoXueLiShui Method on the Effects of Intergrin －β1’s
Expression on ERM of Traumatic Proliferative Vitreoretinopathy in Rabbits
FU Mei-lin
1，2
，PENG Qing-hua 1，CHEN Ji 1，3，XING Yan-fei 1，
4
(1．Key Disciplinary of Ophthalmology Department of the First Affiliated Hospital of Hunan University of Traditional Chinese Medicine ，Changsha 410007，Hunan ，China ;2．Department of Ophthalmology ，Jili Hospital of Liuyang ，Liuyang 410300，Hunan ，China ;
3．Department of Ophthalmology ，Maternal and Children Health Hosptial of Yuhua District ，Nanjing 210012，Jiangsu ，China ;
4．Department of Ophthalmology ，TCM Hospital of Jiading District ，Shanghai 201800，China )
Abstract :Objective :To study the curative and preventive effects and mechanism of HuoXueLiShui Method (HX-LSM )on the effects of Intergrin －β1’
s expression on ERM of Traumatic Proliferative Vitreoretinopathy．Methods :32rab-bits were selected randomly from 40healthy adult color rabbits and induced to traumatic proliferative vitreoretinopathy mod-els ，then divided into four groups :the first group was treated with San Xue Ming Mu Tablet －Huo Xue Li Shui (HXLS )
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名词解释 蛋白质组学：是研究与基因对应的蛋白质组的学科。指一种基因组所表达的全套蛋白质,即包括一个基因组、一种细胞或组织，乃至一种生物所表达的全部蛋白质。 双向电泳原理：双向一般是指第一向为等点聚焦（IEF），根据蛋白质等电点进行分离；第二向为SDS凝胶电泳(SDS-PAGE)，根据蛋白质的相对分子量进行分离。 三步纯化策略:第一步粗提，浓缩，稳定蛋白，去除蛋白酶，使用梯度洗脱来增加捕获步骤的速度和容量；第二步中度纯化，去除主要杂质，一般需要连续梯度洗脱； 第三步精纯，最终去除痕量杂质，如目标蛋白的结构变体。 高效液相色谱：是一种以高压输出液体为流动相的色谱技术。在技术上采用高压输液泵、高效固定相和高灵敏度检测器，克服了经典液相色谱固定相柱效低，分析周期 长的缺点，具有分析速度快、分离效率高、检出极限地的特点。 吸附色谱：吸附色谱系色谱法之一种，利用固定相吸附中对物质分子吸附能力的差异实现对混合物的分离，吸附色谱的色谱过程是流动相分子与物质分子竞争固定相吸 附中心的过程。 PCR扩增：即聚合酶链式反应，是体外酶促合成特异DNA片段的一种方法，由高温变性、低温退火（复性）及适温延伸等反应组成一个周期，循环进行，使目的DNA 得以迅速扩增,具有特异性强、灵敏度高、操作简便、省时等特点。 基因组文库：基因文库是指整套由基因组DNA片段插入克隆载体获得的分子克隆的总和。 广义的基因文库指来于单个基因组的全部DNA克隆，理想情况下应含有这一 基因组的全部DNA序列（遗传信息），这种基因文库常通过鸟枪法获得。 狭义的基因文库有基因组文库和cDNA文库之分。 cDNA文库：按构建基因文库的类似方法对cDNA进行克隆，获得的克隆总称。 基因芯片：基因芯片又叫DNA芯片（DNA chip)，DNA微阵列（DNA microarray), DNA集微芯片（DNA microchip）,寡核苷酸阵列（oligonucleotide array）是一种将核酸分子杂交原理与微电子技术相结合而形成的高新生物技术。将靶标样品核酸或探针中的任一方按阵列形式固定在固相载体（硅片、尼龙膜、聚丙烯膜、硝酸纤维素膜、玻璃片等）上，另一方用荧光分子标记后，加样至微阵列上杂交，然后用荧光扫描或摄像技术记录，通过计算机软件分析处理，获得样品中大量的基因序列和表达信息。 基因敲除（gene knock out）：又称基因打靶（gene targeting）,是指用外源的DNA与受体细
蛋白质组学研究方法选择及比较 目前研究蛋白组学的主要方法有蛋白质芯片及质谱法，本文将从多方面对两种研究方法进行了解与比较； 蛋白质芯片（Protein Array） 将大量不同的蛋白质有序地排列、固定于固相载体表面，形成微阵列。利用蛋白质分子间特异性结合的原理，实现对生物蛋白质分子精准、快速、高通量的检测。 主要类型： ●夹心法芯片(Sandwich-based Array) ●标记法芯片(Label-based Array) ●定量芯片(Quantitative Array) ●半定量芯片(Semi-Quantitative Array) 质谱（Mass Spectrometry） 用电场和磁场将运动的离子按它们的质荷比分离后进行检测，测出离子准确质量并确定离子的化合物组成，即通过对样品离子质荷比的分析而实现对样品进行定性和定量的一种方法。 主要类型：
●二维电泳+质谱(2D/Mass Spectrometry, MS) ●表面增强激光解吸电离飞行时间质谱(Surface-enhanced laser desorption/ionization- time of flight, SELDI) ●同位素标记相对和绝对定量(Isobaric tags for relative and absolute quantitation, iTRAQ) Protein Array or Mass Spectrometry？ 如何选择合适的研究方法？以下将从六个方面进行比较与推荐： 1.筛查蛋白组学表达差异 建议选择：RayBiotech（1000个因子的芯片）+质谱 a)不同的方法学有不同的特点：对于质谱，可以筛查到未知的蛋白，但是对于分子量大、 低丰度的蛋白质，质谱的灵敏度和准确性有一定的限制。 b)不同的方法能筛查到的目标不同：根据Proteome Analysis of Human Aqueous Humor 一文中报道，质谱筛查到的差异蛋白集中在小分子与代谢物。而用RayBiotech芯片筛查到的结果，多是集中在细胞因子、趋化、血管、生长等等。 c)质谱筛查到355个蛋白，而RayBiotech抗体芯片也筛查到328个蛋白，且用定量芯片 验证25个蛋白有差异，这些蛋白是质谱找不到的。目前RayBiotech夹心法抗体芯片已经可以检测到1000个蛋白，采用双抗夹心法，尤其是对于低丰度蛋白，有很好的灵敏度和特异性，很多的低丰度蛋白是抗体芯片可以检测出来，而质谱检测不到的，且样品不经过变性和前处理，保持天然状态的样品直接检测，对于蛋白的检测准确度高。 d)质谱的重复性一直是质谱工作者纠结的问题，不同操作者的结果，不同样品处理条件， 峰值的偏移等影响因素都会产生大的影响；RayBiotech的夹心法芯片重复性高。
蛋白质组学研究的完整解决方案 人体内真正发挥作用的是蛋白质，蛋白质扮演着构筑生命大厦的“砖块”角色，随着破译生命密码的人类基因组计划进入尾声，一个以蛋白质和药物基因学为研究重点的后基因组时代已经拉开序幕，蛋白质将是今后的重点研究方向之一。然而，蛋白质的分离和鉴定非常费时，目前测定蛋白质的技术远远落后于破译基因组的工具，最好的实验室每天只能分离和识别出100种蛋白质。据估计，人体内可能有几十万种蛋白质，这大概需要10年时间进行识别。 为了加快蛋白质组学研究进程，以专业生产蛋白质组学研究设备而著称的美国Genomic Solution Inc.公司开发了完整的蛋白质组学解决方案，由一系列机械手臂与软件，并结合了二维电泳实验设备与质谱仪，可以进行高效、自动化且具重复性的试验分析。在Genomic solution值得信赖的技术平台上，你的研究工作将更富成效，重复性更好。在这一整套Investigator平台上，各仪器之间配合无隙，由于它的整合性及标准性，使得研究进程大大加快，原来需要9—12个月才能获得数据结果发表的时间减少到9—12周。这套完整的系统具备蛋白质组研究所需的众多功能：2-D电泳、图像获取、2-D胶分析、蛋白样品切割、蛋白消化、MALDI样品准备、消化及点样、数据分析整合，再加上制备好的胶、试剂及附件，使研究工作可以立即展开。此套设备为进行蛋白质组学研究的利器,大大加速了蛋白质分离和鉴定的速度。该系统主要由以下几部分组成： 一、2-D电泳系统（Investigator? 2-D Electophoresis System） 该系统主要进行2D PAGE第一向等电聚焦凝胶电泳和第二向SDS-PAGE电泳，设备包括2-D电泳系统所需的各种设备，如pHaser?（IPG胶条电泳）、管状制胶设备、二维电泳装置、电源设备、半导体冷却器及各种相关的蛋白纯化试剂盒。 产品特征： * 提供2D PAGE电泳所需的各种设备，使电泳更加简便，大大节约研究时间 * 高分辨率：有效的第一向等电聚焦凝胶电泳和23cm X 23cm第二向SDS-PAGE大面积板胶提供清晰的电泳图像，有效提高单体、磷酸化和糖基化蛋白的分离 * 大容量：可同时容纳15块1mm一维管状胶，或8块2-3mm管状胶；10块IPG胶条和10块二维电泳板胶 * 灵活性：该系统用于管状胶、IPG 胶条、预制胶、自制胶和SDS PAGE胶使用 * 恒温：高效的半导体制冷装置保证电泳体系温度恒定，温度变化< 0.5℃ * 专门为高分辨率2D PAGE而设计的电源系统 * 提供超纯的相关化学试剂和药品
生物信息学分析FAQ CHAPTER ONE ABOUT GENE ONTOLOGY ANNOTATION (3) 什么是GO？ (3) GO和KEGG注释之前，为什么要先进行序列比对（BLAST）？ (3) GO注释的意义？ (3) GO和GOslim的区别 (4) 为什么有些蛋白没有GO注释信息？ (4) 为什么GO Level 2的统计饼图里蛋白数目和差异蛋白总数不一致？ (4) 什么是差异蛋白的功能富集分析&WHY？ (4) GO注释结果文件解析 (5) Sheet TopBlastHits (5) Sheet protein2GO/protein2GOslim (5) Sheet BP/MF/CC (6) Sheet Level2_BP/Level2_MF/Level2_CC (6) CHAPTER TWO ABOUT KEGG PATHWAY ANNOTATION (7) WHY KEGG pathway annotation? (7) KEGG通路注释的方法&流程？ (7) KEGG通路注释的意义？ (7) 为什么有些蛋白没有KEGG通路注释信息？ (8) 什么是差异蛋白的通路富集分析&WHY？ (8) KEGG注释结果文件解析 (8) Sheet query2map (8) Sheet map2query (9) Sheet TopMapStat (9) CHAPTER THREE ABOUT FEATURE SELECTION & CLUSTERING (10) WHY Feature Selection? (10)
聚类分析（Clustering） (10) 聚类结果文件解析 (10) CHAPTER FOUR ABOUT PROTEIN-PROTEIN INTERACTION NETWORK (12) 蛋白质相互作用网络分析的意义 (12) 蛋白质相互作用 VS生物学通路？ (12) 蛋白质相互作用网络分析结果文件解析 (12)
蛋白质组学蛋白质组学相关技术及发展文献综述 蛋白质组学相关技术及发展文献综述张粒植物学211070161概念及相关内容1994年澳大利亚Macquaie大学的Wilkins和Williams等在意大利的一次科学会议上首次提出了蛋白质组proteome这个概念该英文词汇由蛋白质的“prote”和基因组的“ome”拼接而成并且最初定义为“一个基因组所表达的蛋白质”1。然而这个定义并没有考虑到蛋白质组是动态的而且产生蛋白的细胞、组织或生物体容易受它们所处环境的影响。目前认为蛋白质组是一个已知的细胞在某一特定时刻的包括所有亚型和修饰的全部蛋白质2。蛋白质组学就是从整体角度分析细胞内动态变化的蛋白质组成、表达水平与修饰状态了解蛋白质之间的相互作用与联系提示蛋白质的功能与细胞的活动规律。2蛋白质组学的分类蛋白质组学从其研究目标方面可分为表达蛋白质组学和结构蛋白质组学。前者主要研究细胞或组织在不同条件或状态下蛋白质的表达和功能这将有助于识别各种特异蛋白3目前蛋白质组学的研究在这方面开展的最为广泛其运用技术主要是双相凝胶电泳Two-dimensional gel electrophoresis2DE技术以及图像分析系统当对感兴趣的蛋白质进行分析时可能用到质谱。由于蛋白质发生修饰后其电泳特性将发生改变这些技术可以直接测定蛋白质的含量并有助于发现蛋白质翻译后的修饰如糖基化和磷酸化等4。结构蛋白质组学的目标是识别蛋白质的结构并研究蛋白质间的相互作用。近年来酵母双杂交系统是研究蛋白质相互作用时常用的方法同时研究者也将此方法不断改进5。有研究者最近发现在研究蛋白质相互作用时通过纯化蛋白复合物并用质谱进行识别是很有价值的4。3蛋白质组学相关技术目前蛋白质组学研究在表达蛋白质组学方面的研究最为广泛其分析通常有三个步骤第一步运用蛋白质分离技术分离样品中的蛋白质第二步应用质谱技术或N末端测序鉴定分离到的蛋白质第三步应用生物信息学技术存储、处理、比较获得的数据。3.1蛋白质分离技术这类技术主要是电泳其中应用最多的是双向电泳技术其他还有SDS-PAGE、毛细吸管电泳等。除了电泳外还有液相色谱通常使用高效液相色谱HPLC和二维液相色谱2D-LC。另外还有用于蛋白纯化、除杂的层析技术、超离技术等。 3.1.1双相凝胶电泳双相凝胶电泳two-dimensional gel elec—trophoresis2DE这是最经典、最成熟的蛋白质组分离技术产生于20世纪70年代中叶但主要的技术进步如实验的重复性、可操作性蛋白质的溶解性、特异性等是在近lO年取得的。它根据蛋白质不同的特点分两相分离蛋白质。第一相是等电聚焦IEF电泳根据蛋白质等电点的不同进行分离。蛋白质是两性分子根据其周围环境pH可以带正电荷、负电荷或静电荷为零。等电点pI是蛋白质所带静电荷为零时的pH周围pH小于其pI时蛋白质带正电荷大于其pI时蛋白质带负电荷。IEF时蛋白质处于一个pH梯度中在电场的作用下蛋白质将移向其静电荷为零的点静电荷为正的蛋白将移向负极静电荷为负的将移向正极直到到达其等电点如果蛋白质在其等电点附近扩散那么它将带上电荷重新移回等电点。这就是IEF的聚焦效应它可以在等电点附近浓集蛋白从而分离电荷差别极微的蛋白。pH梯度的形成最初是在一个细的包含两性电解质的聚丙烯酰胺凝胶管中进行。在电流的作用下两性电解质可形成一个pH梯度。但由于两性电解质形成的pH梯度不稳定、易漂移、重复性差80年代以后研究人员研制了固定pH梯度的胶条IPG。此种胶条的形成需要一些能与丙烯酰胺单体结合的分子每个含有一种酸性或碱性缓冲基团。制作时将一种含有不同酸性基团的此分子溶液和一种含有不同碱性基团的此分子溶液混合两种溶液中均含有丙烯酰胺单体和催化剂不同分子的浓度决定pH的范围。聚合时丙烯酰胺成分与双丙烯酰胺聚合形成聚丙烯酰胺凝胶。第二相是SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳SDS-PAGE根据蛋白质的分子量不同进行分离。此相是在包含SDS的聚丙烯酰胺凝胶中进行。SDS是一种阴离子去污剂它能缠绕在多肽骨架上使蛋白质带负电所带电荷与蛋白质的分子量成正比在SDS聚丙烯酰胺凝胶中蛋白质分子量的对数与它在胶中移动的距离基本成线性关系。SDS-PAGE装置有水平和垂直两种形式垂直装置可同时跑多块胶如Amersham pharmacia Biotech的Ettan DALT II系统可同时跑12块胶提高了操作的平行性。经过2DE
进展评述 比较蛋白质组学研究中的稳定同位素标记技术 刘新1,2 应万涛1,2 钱小红1,23 (1军事医学科学院放射与辐射医学研究所 北京 100850;2北京蛋白质组研究中心 北京 102206) 摘 要 比较蛋白质组学是指在蛋白质组学水平上研究正常和病理情况下细胞或组织中蛋白质表达变化,以期发现具有重要功能的生物标识物,为疾病的早期诊断提供依据。近年来它正成为蛋白质组学研究的热点和发展趋势。比较蛋白质组学的研究方法和策略有多种,本文就最近几年来稳定同位素标记技术(体内代谢标记技术和体外化学标记技术)在比较蛋白质组学研究中的进展进行综述。 关键词 比较蛋白质组学 稳定同位素标记 体内代谢标记 体外化学标记 Application of Stable Isotope Labeling in Comparative Proteomics Liu X in1,2,Y ing Wantao1,2,Qian X iaohong1,23 (1Beijing Institute of Radiation Medicine,Beijing100850; 2Beijing Proteome Research Center,Beijing102206) Abstract C omparative proteomics is the research of protein expression changing between normal and pathological cell or tissue on the proteome level.P otential biomarkers w ould be discovered from the research by comparative proteomics, which will be helpful to the diagnosis and therapy of diseases.In the recent years,it has been becoming the hot spot of the proteomics research and many strategies used in comparative proteomics have been developed.During those approaches,the strategies based on stable is otopic labeling coupled with mass spectrometry have been extensively used and lots of success ful applications have been reported.In contrast to the traditional radioactive is otope labeling method,stable is otope labeling technique was not radioactive and the operation is simple.Metabolic labeling in viv o and chemical labeling in vitro are tw o parts of stable is otope labeling technique,which both have various advantages and disadvantages.This paper reviewed the progress of stable is otope labeling technique in comparative proteomics. K ey w ords C omparative proteomics,S table is otope labeling,Metabolic labeling in viv o,Chemical labeling in vitro 随着人类基因组精确图谱的公布,基因组功能的阐明已经成为生命科学研究中一项极重要的任务[1]。蛋白质是基因的最终产物同时也是基因功能的最终执行体,因而人类基因的表达及其功能有待于在蛋白水平上揭示。蛋白质组学的研究目的是分离和鉴定组织或细胞中的所有蛋白质。生物体在生长发育过程中,基因组是相对稳定的,而蛋白表达是高度动态变化的,并且具有严格调控的时间和空间特异性[2]。为了研究生物体在不同状态下表达的所有蛋白质的动态变化,比较蛋白质组学应运而生,即在蛋白组学水平上,研究在正常生理和病理状态,或受到不同的外部环境刺激下,或在突变等因素影响下,蛋白质表达的变化情况,以期发现生物体内关键的调控分子及与疾病相关的蛋白质标志物,最终为疾病的防诊治、新型疫苗的研发等提供理论依据。 为了研究蛋白质表达的动态变化,基因表达检测技术,如微阵列法[3]、DNA(脱氧核糖核酸)芯片法[4]等曾被广泛使用。这些方法虽然能够实现对mRNA(信使核糖核酸)进行定性和定量分析,但 刘新 男,27岁,博士生,现从事比较蛋白质组学研究。 3联系人,E2mail:qianxh1@https://www.doczj.com/doc/014915863.html, 国家自然科学基金(20505019、20505018)、国家重点基础研究发展规划项目(2004C B518707)和北京市科技计划重大项目(H030230280190)资助项目 2006207220收稿,2006209221接受
蛋白质组学技术在农业生物科研领域、疾病机理机制研究、药物研究、海洋环境、植物胁迫机制研究等方面具有广泛应用。蛋白组学的研究通常遵循以下思路： 蛋白质组学研究思路 图 1 蛋白质组学研究思路 一、蛋白质组学在农业生物科研领域的应用 蛋白质组学技术在农业生物科研领域的应用为作物生长发育、病虫害防治、遗传育种、畜牧兽医学疾病诊断和治疗等方面发挥重要的作用，为现代农业发展开辟新途径。 1 .蛋白质组学在农作物研究中的应用 农业是我国人口赖以生存的基础，而提高粮食产量和品质则是农业发展的关键。蛋白质组学关键技术在作物遗传育种、品系鉴定、品质改良、逆境胁迫应答等关键环节的应用，为农业作物的进一步开发利用提供巨大的参考价值。蛋白质组学可系统研究农作物在特定环境或某个发育阶段的组织和器官中蛋白质的表达变化，有助于作物发育过程机制的理解。 Jia等人利用SWATH等技术对四种玉米组织中的蛋白质进行定量分析：包括未成熟雌穗，未成熟雄穗，授粉后20天的幼胚和14日龄幼苗的根。在玉米的4种组织中总共鉴定到4551个蛋白质，其中在雌穗，雄穗，幼胚和幼根中分别鉴定到3916、3707、3702和2871种蛋白质。利用生物信息学技术将蛋白质组和转录组进行关联分析，并且进一步分析组织特异性高表达的基因和蛋白，以了解玉米组织结构和器官发生的调节机制，为研究玉米发育生物学研究提供了新的线索。相关成果2017年发表在Journal of Proteome Research上。
图 2 实验流程图 文献来源：Jia HT, Sun W, Li MF, et al. An integrated analysis of protein abundance, transcript level and tissue diversity to reveal developmental regulation of maize [J]. J. Proteome Res, December 18, 2017. 2.蛋白质组学在食品科学中的应用 在食品安全研究中，蛋白组学的出现为食品科学的研究指明了方向，同时也为食品科学的研究奠定了良好的发展平台。蛋白质组学在粮油食品、肉类食品、水产食品、乳品食品等方面的应用，不仅可以提高食品安全，并且在改善食品制作以及储存条件的同时，还可以提高食品的口感以及营养程度。 在热处理过程中，肉类的主要成分蛋白质会发生结构性变形，如氧化、降解、变性和聚集。蛋白质的这些变化对最终肉制品的质量、颜色、嫩度和风味有重要影响，并最终影响适口性和可接受性。Tian等人利用2-DE等技术手段研究了在加热中心温度为72℃时用不同的烹饪方法，例如水浴烹饪-WB、短时欧姆烹饪-STOH和长时间欧姆烹饪-LTOH，对牛肉的颜色、烹饪损失、剪切值和蛋白质组变化的影响。蛋白质组学分析表明，欧姆烹饪的烹饪损失、剪切值显著低于水浴烹饪（P<0.05）。利用2-DE蛋白组学技术成功鉴定到STOH和WB烹饪样品之间的17个差异蛋白质，并鉴定出LTOH和WB样品之间的13个差异蛋白质。大多数差异蛋白是肌原纤维和肌浆蛋白，可能与肉质的变化相关。WB烹饪可改变蛋白质溶解度并降低2-DE图像中的蛋白质斑点强度。应用欧姆烹饪会产生更高质量的牛肉产品，并减少烹饪时间。相关成果2016年发表在Innovative Food Science & Emerging Technologies上。
蛋白质组学与分析技术课复习思考 一、名词解释 1、蛋白质组学： 蛋白质组学是研究与基因对应的蛋白质组的学科，蛋白质组（proteome）一词，源于蛋白质（protein）与基因组（genome）两个词的杂合，意指“一种基因组所表达的全套蛋白质”,即包括一种细胞乃至一种生物所表达的全部蛋白质。 2、二维（双向）电泳原理： 根据蛋白质的等电点和相对分子质量的特异性将蛋白质混合物在第一个方向上按照等电点高低进行分离，在第二个方向上按照相对分子质量大小进行分离。二维电泳分离后的蛋白质点经显色，通过图象扫描存档，最后是呈现出来的是二维方向排列的，呈漫天星状的小原点，每个点代表一个蛋白质。 3、三步纯化策略： 第一步:粗提。纯化粗样快速浓缩(减少体积) 和稳定样品(去除蛋白酶) 最适用层析技术: 离子交换/疏水层析 第二步：中度纯化。去除大部分杂质 最适用层析技术: 离子交换/疏水层析 第三步：精细纯化。达到最终纯度(去除聚合物,结构变异物) 最适用层析技术:凝焦过滤/离子交换/疏水层析/反相层析 4、高效纯化策略 在三步纯化蛋白质过程中，同时考虑到纯化的速度、载量、回收率及分辨率的纯化策略。5、离子交换色谱： 离子交换色谱中的固定相是一些带电荷的基团，这些带电基团通过静电相互作用与带相反电荷的离子结合。如果流动相中存在其他带相反电荷的离子，按照质量作用定律，这些离子将与结合在固定相上的反离子进行交换。固定相基团带正电荷的时候，其可交换离子为阴离子，这种离子交换剂为阴离子交换剂；固定相的带电基团带负电荷，可用来与流动相交换的离子就是阳离子，这种离子交换剂叫做阳离子交换剂。阴离子交换柱的功能团主要是－NH2，及－NH3 ：阳离子交换剂的功能团主要是－SO3H及－COOH。其中-NH3 离子交换柱及-SO3H离子交换剂属于强离子交换剂，它们在很广泛的pH范围内都有离子交换能力；-NH2及-COOH 离子交换柱属于弱离子交换剂，只有在一定的pH值范围内，才能有离子交换能力。离子交换色谱主要用于可电离化合物的分离，例如，氨基酸自动分析仪中的色谱柱，多肽的分离、蛋白质的分离，核苷酸、核苷和各种碱基的分离等。 6、吸附色谱 吸附色谱系色谱法之一种，利用固定相吸附中对物质分子吸附能力的差异实现对混合物的分离，吸附色谱的色谱过程是流动相分子与物质分子竞争固定相吸附中心的过程。洗脱次序∶一般为正相，即：极性低的先被洗脱。 7、PCR扩增 PCR技术（polymerase chain reaction）技术能把单个目的基因大量扩增，这个方法必须在已知基因序列或已知该基因所翻译的氨基酸序列。进而推断出因序列的情况下使用。PCR 的每次扩增循环包括三步:1）变性,在高温下把双链靶DNA拆开；2）在较低的温度下使
第35卷 第1期2011年1月 南京林业大学学报(自然科学版) Journa l o fN anji n g Forestry Un i v ersity (Natural Sc ience Ed ition) V o.l 35,N o .1Jan .,2011 htt p ://www.n l dxb .com [do :i 10.3969/.j issn .1000-2006.2011.01.024] 收稿日期:2009-12-31 修回日期:2010-10-26 基金项目:国家自然科学基金项目(31000287);江苏省高校自然科学基础研究项目(10KJ B220002) 作者简介:甄艳(1976)),副教授,博士。*施季森(通信作者),教授。E-m ai:l js h @i n jfu .edu .cn 。 引文格式:甄艳,施季森.质谱技术在蛋白质组学研究中的应用[J].南京林业大学学报:自然科学版,2011,35(1):103-108. 质谱技术在蛋白质组学研究中的应用 甄 艳,施季森 * (南京林业大学,林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室,江苏 南京 210037) 摘要:随着蛋白质组学研究的迅速发展,质谱技术已成为应用于蛋白质组学研究中的强有力工具和核心技术。质谱技术的先进性在于为蛋白质组学研究提供的通量和分子信息。笔者重点概述了基于质谱路线的蛋白质组学研究,介绍了基于质谱的定量蛋白质组学﹑翻译后修饰蛋白质组学、定向蛋白质组学、功能蛋白质组学以及基于串联质谱技术的蛋白质组学数据解析的研究 进展。 关键词:质谱;蛋白质组学;定量蛋白质组学;翻译后修饰;定向蛋白质组学;功能蛋白质组学中图分类号:Q81 文献标志码:A 文章编号:1000-2006(2011)01-0103-06 Application of m ass spectro m etry i n proteo m ics studies Z HEN Yan ,SH I Jisen * (K ey Labo ra t o ry o f F orest G eneti cs and B i o techno l ogy M i n istry o f Educati on , N an ji ng Forestry U n i versity ,N an ji ng 210037,Chi na) Abstrac t :W ith the rap i d develop m ent o f pro teo m i cs ,m ass spec trom etry i s m aturi ng to be a po w erfu l too l and core tech -nology fo r proteo m ics st udies dur i ng the recen t years .The super i or ity o fm ass spectrom etry lies i n providi ng the through -pu t and the m olecu lar infor m ati on ,w hich no other techno logy can be m a tched i n proteom ics .In th i s rev ie w,w e m ade a g lance on the outli ne o fm ass spectrome try -based proteo m ics .A nd then w e addressed on t he advances o f data ana l y si s o f m ass spec trom etry -based proteom ics ,quantitati ve m ass spectro m etry -based pro teom i cs ,post -translati onal m odificati ons based m ass spectrom etry ,targeted proteo m ics and functiona l proteo m ics based -mass spectrome try .K ey word s :m ass spectrome try;proteo m ics ; quantitative pro teom i cs ; post -trans l ation m odifica ti on ; targ eted pro - teo m i cs ;f uncti ona l proteom ics 蛋白质组学(Pr o teo m ics)是从整体水平上研究细胞内蛋白质的组成、活动规律及蛋白质与蛋白质的相互作用,是功能基因组学时代一门新的学科。 目前蛋白质组学的研究主要有两条路线:一是基于双向电泳的蛋白质组学;二是基于质谱的蛋白质组学,其中基于双向电泳的蛋白质组学研究路线最终也离不开质谱技术的应用。自20世纪80年代末,两种质谱软电离方式即电喷雾电离(electro spray ion izati o n,ESI )和基质辅助激光解析离子化(m a -tri x assisted laser desorpti o n i o nization ,MALD I)的发明和发展解决了极性大、热不稳定蛋白质和多肽分 析的离子化和分子质量大的测定问题[1] ,蛋白质组学研究中常用的质谱分析仪包括离子阱(ion trap ,I T),飞行时间(ti m e of fli g h,t TOF),串联飞行时间(TOF -TOF),四级杆/飞行时间(quadr upo le /TOF hybrids),离子阱/轨道阱(I T /orbitrap hybri d )和离子阱/傅里叶变换串联质谱分析仪(I T /Four i e r transfor m ioncyclotron resonance m ass spectro m eters hybr i d s ,I T /FT M S),这些质谱仪具有不同的灵敏度、分辨率、质量精确度和产生不同质量的M S /M S 谱[2] 。质谱作为蛋白质组学研究的一项强有力的工具日趋成熟,并作为样品制备及数据分析的信息学工具被广泛地应用。因此,有学者指出质谱技术 已在蛋白质组学研究中处于核心地位[3] 。目前在通量及所包含的分子信息内容上,基于质谱的蛋白质组学技术在细胞生物学研究中可以鉴定和量化
第35卷 第1期2011年1月 南京林业大学学报(自然科学版) J o u r n a l o f N a n j i n g F o r e s t r y U n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n ) V o l .35,N o .1 J a n .,2011 h t t p ://w w w .n l d x b .c o m [d o i :10.3969/j .i s s n .1000-2006.2011.01.024] 收稿日期:2009-12-31 修回日期:2010-10-26 基金项目:国家自然科学基金项目(31000287);江苏省高校自然科学基础研究项目(10K J B 220002) 作者简介:甄艳(1976—),副教授,博士。＊施季森(通信作者),教授。E -m a i l :j s h i @n j f u .e d u .c n 。 引文格式:甄艳,施季森.质谱技术在蛋白质组学研究中的应用[J ].南京林业大学学报:自然科学版,2011,35(1):103-108. 质谱技术在蛋白质组学研究中的应用 甄 艳,施季森 ＊ (南京林业大学,林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室,江苏 南京 210037) 摘要:随着蛋白质组学研究的迅速发展,质谱技术已成为应用于蛋白质组学研究中的强有力工具和核心技术。质谱技术的先进性在于为蛋白质组学研究提供的通量和分子信息。笔者重点概述了基于质谱路线的蛋白质组学研究,介绍了基于质谱的定量蛋白质组学﹑翻译后修饰蛋白质组学、定向蛋白质组学、功能蛋白质组学以及基于串联质谱技术的蛋白质组学数据解析的研究 进展。 关键词:质谱;蛋白质组学;定量蛋白质组学;翻译后修饰;定向蛋白质组学;功能蛋白质组学中图分类号:Q 81 文献标志码:A 文章编号:1000-2006(2011)01-0103-06 A p p l i c a t i o n o f m a s s s p e c t r o m e t r y i n p r o t e o m i c s s t u d i e s Z H E NY a n ,S H I J i s e n ＊ (K e y L a b o r a t o r y o f F o r e s t G e n e t i c s a n d B i o t e c h n o l o g y M i n i s t r y o f E d u c a t i o n , N a n j i n g F o r e s t r y U n i v e r s i t y ,N a n j i n g 210037,C h i n a ) A b s t r a c t :W i t ht h e r a p i d d e v e l o p m e n t o f p r o t e o m i c s ,m a s s s p e c t r o m e t r y i s m a t u r i n g t o b e a p o w e r f u l t o o l a n dc o r e t e c h -n o l o g y f o r p r o t e o m i c s s t u d i e s d u r i n g t h e r e c e n t y e a r s .T h e s u p e r i o r i t y o f m a s s s p e c t r o m e t r y l i e s i n p r o v i d i n g t h e t h r o u g h -p u t a n d t h e m o l e c u l a r i n f o r m a t i o n ,w h i c hn o o t h e r t e c h n o l o g y c a n b e m a t c h e di np r o t e o m i c s .I nt h i s r e v i e w ,w e m a d e a g l a n c e o n t h e o u t l i n e o f m a s s s p e c t r o m e t r y -b a s e d p r o t e o m i c s .A n dt h e nw e a d d r e s s e d o n t h e a d v a n c e s o f d a t a a n a l y s i s o f m a s s s p e c t r o m e t r y -b a s e dp r o t e o m i c s ,q u a n t i t a t i v em a s ss p e c t r o m e t r y -b a s e dp r o t e o m i c s ,p o s t -t r a n s l a t i o n a l m o d i f i c a t i o n s b a s e d m a s s s p e c t r o m e t r y ,t a r g e t e d p r o t e o m i c s a n df u n c t i o n a l p r o t e o m i c s b a s e d -m a s s s p e c t r o m e t r y . K e yw o r d s :m a s ss p e c t r o m e t r y ;p r o t e o m i c s ;q u a n t i t a t i v ep r o t e o m i c s ;p o s t -t r a n s l a t i o n m o d i f i c a t i o n ;t a r g e t e d p r o -t e o m i c s ;f u n c t i o n a l p r o t e o m i c s 蛋白质组学(P r o t e o m i c s )是从整体水平上研究细胞内蛋白质的组成、活动规律及蛋白质与蛋白质的相互作用,是功能基因组学时代一门新的学科。目前蛋白质组学的研究主要有两条路线:一是基于双向电泳的蛋白质组学;二是基于质谱的蛋白质组学,其中基于双向电泳的蛋白质组学研究路线最终也离不开质谱技术的应用。自20世纪80年代末,两种质谱软电离方式即电喷雾电离(e l e c t r o s p r a y i o n i z a t i o n ,E S I )和基质辅助激光解析离子化(m a -t r i x a s s i s t e d l a s e r d e s o r p t i o n i o n i z a t i o n ,M A L D I )的发明和发展解决了极性大、热不稳定蛋白质和多肽分 析的离子化和分子质量大的测定问题[1] ,蛋白质组学研究中常用的质谱分析仪包括离子阱(i o n t r a p ,I T ),飞行时间(t i m e o f f l i g h t ,T O F ),串联飞行时间(T O F -T O F ),四级杆/飞行时间(q u a d r u p o l e /T O F h y b r i d s ),离子阱/轨道阱(I T /o r b i t r a ph y b r i d ) 和离子阱/傅里叶变换串联质谱分析仪(I T /F o u r i e r t r a n s f o r m i o n c y c l o t r o nr e s o n a n c em a s s s p e c t r o m e t e r s h y b r i d s ,I T /F T M S ),这些质谱仪具有不同的灵敏度、分辨率、质量精确度和产生不同质量的M S /M S 谱[2] 。质谱作为蛋白质组学研究的一项强有力的工具日趋成熟,并作为样品制备及数据分析的信息学工具被广泛地应用。因此,有学者指出质谱技术 已在蛋白质组学研究中处于核心地位[3] 。目前在通量及所包含的分子信息内容上,基于质谱的蛋白质组学技术在细胞生物学研究中可以鉴定和量化
蛋白质组学及其主要技术 朱红1 周海涛2 (综述) 何春涤1, (审校) (1.中国医科大学附属第一医院皮肤科,辽宁沈阳110001； 2.北京大学深圳医院核医学 科，广东深圳518036) 【摘要】蛋白质组是指一种细胞、组织或有机体所表达的全部蛋白质。蛋白质组学是以蛋白质组为研究对象的新兴学科，近年来发展迅速，已成为后基因组时代的研究热点。目前，蛋白质组学研究技术主要包括：样品的制备和蛋白质的分离、蛋白质检测与图像分析、蛋白质鉴定及信息查询。本文就蛋白质组学概念及主要技术进行综述。 【关键词】蛋白质组，蛋白质组学 1蛋白质组学的概念 随着人类基因组测序计划的完成，人们对生命科学的研究重点由结构基因组转向功能基因组，1994年Wilkins和Williams首先提出蛋白质组一词[1]，蛋白质组是指一种细胞、组织或有机体所表达的全部蛋白质。从基因到蛋白质存在转录水平、翻译水平及翻译后水平的调控，组织中mRNA丰度与蛋白质丰度不完全符合[2]。蛋白质复杂的翻译后修饰、蛋白质的亚细胞定位或迁移、蛋白质-蛋白质相互作用等也无法从DNA／mRNA水平来判断。因此，只有将功能基因组学与蛋白质组学相结合，才能精确阐明生命的生理及病理机制。 蛋白质组学是以蛋白质组为研究对象，对组织、细胞的整体蛋白进行检测，包括蛋白质表达水平、氨基酸序列、翻译后加工和蛋白质的相互作用,在蛋白质水平上了解细胞各项功能、各种生理、生化过程及疾病的病理过程等[3,4]。蛋白质组学有两种研究策略。一种是高通量研究技术，把生物体内所有的蛋白质作为对象进行研究，并建立蛋白质数据库，从大规模、系统性的角度来看待蛋白质组学，更符合蛋白质组学的本质。但是，由于剪切变异和翻译后修饰，蛋白质数量极其庞大，且表达随空间和时间不断变化，所以分析生物体内所有的蛋白质是一个耗时费力，难以实现的理想目标。另一种策略是研究不同状态或不同时期细胞或组织蛋白质组成的变化，主要目标是研究有差异蛋白质及其功能，如正常组织与肿瘤组织间的差异蛋白质，寻找肿瘤等疾病标记物并为其诊断治疗提供依据。 2蛋白质组学的常用技术 2.1样品的制备和蛋白质的分离技术 2.1.1样品的制备样品制备包括细胞裂解与蛋白质溶解，以及去除核酸等非蛋白质成分。 激光捕获显微切割(Laser-captured microdissection, LCM)[5]技术可大量获得足够用于蛋白质组学研究的单一细胞成分，避免其他蛋白成分对电泳结果的干扰。尤其是肿瘤的蛋白质组学研究常用LCM技术来获取单一的肿瘤细胞。 2.1.2蛋白质的分离技术 ①双向凝胶电泳(Two-dimensional electrophoresis, 2-DE)：双向电泳方法于 l975年由O'Farrell[6]首先提出，根据蛋白质等电点和分子量的差异，连续进行成垂直方向的两次电泳将其分离。 第一向为等电聚焦(Isoelectric focusing,IEF)电泳，其基本原理是利用蛋白质分子的等电点不同进行蛋白质的分离。较早出现的IEF是载体两性电解质pH梯度，即在电场中通过两性缓冲离子建立pH梯度；20世纪80年代初建立起来的固相pH梯度(Immobilized pH gradients，IPG)IEF，是利用一系列具有弱酸或弱碱性质的丙烯酰胺衍生物形成pH梯度并参与丙烯酰胺的共价聚合，形成固定的、不随环境电场条件变化的pH梯度。IPG胶实验的重复