PET/CT分子影像新技术在肿瘤中的应用ApplicationofPET/CTMolecularImagingtoCancer 专WANGRong-fu题报王荣福道100034（北京大学第一医院，北京）摘要：分子影像学的迅速发展使得对疾病的诊断由传统的解剖形态学阶段，向前推进F-FDGPET/CT18到功能、代谢，甚至是受体和基因的分子水平阶段成为可能。显像在肿瘤早期诊断、临床分期、鉴别肿瘤的复发与坏死、指导制定治疗方案、疗效评价以及肿瘤放疗的精确定位等方面均有重要的临床应用价值。PET/CT主题词：分子影像学；肿瘤；R730.44A1671-170X201110-0727-03中图分类号：文献标识码：文章编号：（）随着生命科学的发展，研究发现疾病发生首先子影像、磁共振分子影像、光学分子影像和超声分子是基因的缺失与突变、受体密度与功能的改变，从而影像等。将放射性核素示踪技术，即核医学与现代分进一步导致细胞、组织和器官的代谢、功能和形态与子生物学技术紧密结合衍生出的分子核医学molecularnuclearmedicineMNM结构改变，最终表现出各种疾病的相关临床症状。因（，）是分子影像学的此，基于基因和受体等分子水平的变化是疾病发生重要组成部分，也是最成熟的分子影像学技术之一，2的早期征象。很多方法已广泛应用于临床，有广阔的应用前景。［］分子影像新技术的发展不仅改善了疾病的诊断水211平，同时也将改变疾病的治疗决策，是世纪分子分子影像学医学热点研究课题。分子影像学包括的内容十分广泛，涉及的学科如何在疾病
早期进行预警、监测和诊断是目前颇多，分子影像学的形成，使得医学影像中相对独立(mole-医学领域面临的难点。近年来，分子影像学的不同专业实现了融合与互补，朝着相同的目标共cualrimagingMI)，的迅速发展使得对疾病的诊断由同发展，同时对多学科交叉和转化医学运用具有重传统的解剖形态学阶段，推进到功能、代谢，甚至是要意义。受体和基因的分子水平阶段成为可能，即有可能在疾病表现出临床症状或发生解剖结构改变之前监测2PET/CT—分子影像新技术出在体内的初发状态，在体内直接观察到疾病起因、发生、发展的一系列病理生理变化和特征，发现其细/胞水平的结构异常，从而实现在疾病的发生、形成阶正电子发射计算机断层显像计算机断层摄影positronemissiontomography(PET)/computedto-段进行有效的干预，逆转、阻止或延缓疾病的发生。术［mography(CT)PET/CTPETCT目前普遍认为分子影像是从分子水平和细胞水平对，］是指将高性能的与人体和其他生物系统的生物过程和代谢变化特征进有机地结合在同一设备上同时提供受检者在同一条1行无创、实时的功能成像件下的解剖结构与功能代谢相融合的图像的一种先。分子影像学所涉及的内［］PET/CT3容非常广泛，而且正在不断发展和趋向完善。从影像进新型的医学影像技术。是目前十分先进［］信息获得的形式或模式上，其内容可分为核医学分的核医学影像设备与技术，能在分子水平上反映人体组织的生理、病理、生化、代谢等功能性变化和体2011-07-05收稿日期：72720111710肿瘤学杂志年第卷第期
JournalofChineseOncology,2011,Vol.17,No.10bio-3PET/CT内受体的分布情况，故也被称作“生化显像”（在肿瘤中的应用chemicalimagingmolecularimag-）或“分
子显像”（ingCTX）。是临床上广泛使用且仍在迅速发展的射F-FDGPET/CT18作为葡萄糖的类似物，可以反线成像设备与技术，在显示机体解剖结构、形态与密映体内葡萄糖的利用状况。绝大多数恶性肿瘤细胞PET/CTPETCT度等方面具有优势。实现了与两种具有高代谢的特点，恶性肿瘤细胞的异常增殖需要设备两种图像的同机融合，形成了两种先进技术的葡萄糖的过度利用，恶性肿瘤细胞中葡萄糖转运信4优势互补，具有极高的诊断性能与临床应用价值。［］息核糖核酸表达增高，导致肿瘤细胞内能大量聚集PET单纯的影像是一种功能影像，其图像解剖F-FDGF-FDGPET/CT18618。因此，显像在肿瘤早期诊［］分辨率较低，不能清晰地显示代谢异常的病灶所处断、临床分期、鉴别肿瘤的复发与坏死、指导制定治CT的精确解剖部位，而则正好相反，虽然有很高的疗方案、疗效评价以及肿瘤放疗的精确定位等方面解剖分辨率，但却不能很好反映细胞或组织的功能，均有重要的临床应用价值。因此，将两种仪器结合起来，可相互弥补不足，最大F-FDG718北京大学第一医院廖栩鹤等报道行［］CT限度发挥各自的优势。利用反映脏器或组织的PET/CTCT50和胸部薄层检查的例患者按最终临PET解剖形态变化，而则观察其相应部位的代谢、F-FDGPET/CT18床诊断分为肺癌组和良性组，利用功能或血流变化，应用计算机软件将两种不同类型CT联合胸部薄层鉴别诊断肺部病灶的准确性，研的图像融合起来观察，从而实现了同机图像融合F-FDGPET/CTF-FDGPET/CT＋1818究发现和胸部薄imagefusionPET/CT（）。是不同影像技术实现多模态CT层两种方法良恶性诊断结果一致，其灵敏度、特PET/CT成像完美结合的成功例子，目前新型的已异性、阳性预测值、阴性预测值、准确率分别为16～64CTPET配备了或更多排螺旋，应用研究体91.2%93.8%96.9%83.3%92.0%CT、、、和，胸部薄层内代谢过程已经得到公认，也是目前最成熟的分子76.5%43.8%74.3%46.7%66.0%分别为、、、和。表明影像。CT加扫胸部薄层对于肺部病灶定性并没有明显助PET/CT相关临床研究显示，在肿瘤的早期诊断CT益，但是胸部薄层所带来的信息量，有助于影像与鉴别诊断、分期与再分期、监测治疗反应、生物靶学判断。区适形精确放疗计划实施和预后判断方面具有重要1118北京协和医院霍力等回顾性分析例肝占［］临床应用价值；尤其对于原发灶不明的肿瘤，更是首PETPET/CTF-18位患者临床资料及、显像结果，探讨PET/CTPET/CT选检查。检查发现肿瘤患者远处转FDGPETPET/CT、显像在肝占位病变诊断中的价20%~40%移而改变了的治疗方案，避免了不必要手F-FDGPETPET/CT18值，结果显示、的诊断灵敏度、术，使患者得到最佳的个性化治疗，大大提高了生存67.0%58.8%65.8%特异性和准确率分别为、和；可PET/CT5率。在欧美国家成为一种标准的肿瘤诊断［］PETPET/CT见，、显像方法对肝占位性病变鉴别诊10方法，迄今已将肺癌等多种肿瘤纳入医疗保险范断能力差，不适合作为首选诊断方法，临床病史及其2006150PET/CT围。日本于年底至少有台，广泛应PETPET/CT他影像学检查结果可能对提高、诊断准用于肿瘤的诊断及放疗计划的制定。我国目前在临确率有帮助。PET/CT150床运行的近台，运行情况不甚理想，分宫颈癌的常规检查方法有临床查体、血清肿瘤①析主要原因可能是：缺乏大宗临床样本试验依据squamouscell标志物检测如血清鳞状细胞癌抗原（PET/CT证明的临床应用价值及效价比，其社会与carcinomaantigenSCC-AgCT，），常规影像学超声、、②经济效益未被广大临床医生与患者深刻认识。目MRISCC-Ag等，但上述检查都存在局限性，探查复PET/CT前我国各大城市检查需求差别较大，只有CTMRI发宫颈癌的灵敏度和特异性并不高，或难
③PET/CT少数省市进入医保范畴。缺乏我国检查以鉴别放疗或手术引发的反应性增生
和复发，评估PET/CT指南和临床技术操作规程。因此。非常有必要将这淋巴结转移的
灵敏度和特异性不高。技术达PETCT个新技术系统地介绍给临床医生，让一线临床医
生到与的优势互补，可用于宫颈癌的早期诊PET/CT更加全面了解，使其更好地应用于
临床。断、分期、再分期、治疗响应监控、治疗监测、疗效评72820111710肿瘤学杂
志年第卷第期
参考文献：9价和预后判断等，对临床诊疗具有重要意义。一项［］305包括份美国妇产科肿瘤医师问卷调查结果分析[1]MankoffD.Adefinitionofmolecularimaging[J].JNuclMed200748(6):18-21.，，83%CT显示，的医师常规应用作为新发现宫颈癌患[2].[J].王荣福分子核医学应用进展中国临床影像杂志，28%PET/CT者的检出工具，仅的医师会选择；不过，2008198585-590.，（）：一旦诊断为进展期宫颈癌，或是高度怀疑远处转移，[3].PET/CT[M].王荣福肿瘤诊断学北京：北京大学医学出版64%PET/CT10的医师常规会选择。［］2008.1-15.社，[4].PET/CT[J].CT王荣福新技术应用理论与应用研究，胰腺癌是一类发病率高、早期诊断困难、预后不200918(4):9-14.，PET/CTPET佳的消化系统恶性肿瘤。将的功能显[5].PET/CT[J].王荣福，于明明在肿瘤的临床应用价值肿瘤CT像与的解剖成像有机融合，同时采用新的肿瘤200915173-75.学杂志，，（）：显像剂，它不仅能有效显示肿瘤的代谢、增生、乏氧[6].[M].2王荣福核医学第版，北京大学医学出版社，2009.1-15.和细胞凋亡状态，而且能精确显示肿瘤与其周围脏[7].F-FDGPET/CT18廖栩鹤，王荣福，范岩，等联合胸部薄层PET/CT11器组织的解剖结构。在胰腺癌患者的诊疗［］CT[J].20111710诊断肺部病灶的价值肿瘤学杂志，，（）：指导、肿瘤分期、疗效监控和预后评价等方面，都具730-735.12有重要的临床应用价值。［］.F-FDGPETPET/CT[8]18霍力，崔瑞雪，程欣，等、显像在肝脏[J].201117占位病变鉴别诊断中的价值肿瘤学杂志，，PET/CT作为分子影像新技术在肿瘤诊
断具有10744-747.（）：F-FDG18重要临床价值，但也有其局限性，如并非肿.F-FDGPET/CT[9]18廖栩鹤，王荣福在宫颈癌中的临床应用瘤特异性显像剂，巨噬细胞性炎性反应和感染时都[J].20111710751-756.价值肿瘤学杂志，，（）：
F-FDGF-FDGPET/CT1818能出现浓聚，因此诊断准KizerNTZighelboimICaseASetal.TheroleofPET/CT[10]，，，inthemanagementofpatientswithcervicalcancer:Prac-确性受到了炎性病灶的影响导致假阳性。肿瘤病灶ticepatternsofthemembersoftheSocietyofGynecologic细胞表面葡萄糖转运体不活跃，分化较好和恶性程Oncologists[J].GynecolOncol2009114(2):310-314.，，度不高的肿瘤、病理类型属于惰性的肿瘤细胞往往KauhanenSPKomarGSepp覿nenMPetal.Aprospec-[11]，，，F-FDG,10mm18表现摄取少有时小于的微转移淋tivediagnosticaccuracystudyofF-fluorodeoxyglucose18positronemissiontomography/computedtomographymul-，巴结病灶难以诊断，易导致假阴性等。此外，仪器、药tidetectorrowcomputedtomographyandmagneticreso-，物和临床质量控制也是减少伪影的重要环节。nanceimaginginprimarydiagnosisandstagingofpancre-分子影像技术的发展不仅会改变传统的临床诊aticcancer[J].AnnSurg2009250(6):957-
963.，，断手段和治疗决策，也必将改变人类对疾病的认识.PET/CT[J].[12]殷雷，王荣福，闫平在胰腺癌的应用进展肿瘤20111710748-750.学杂志，，（）：PET/CT 水平。在分子影像的发展过程中，将发挥重
GiraldesMR.EvaluationofnewtechnologiesPET/CTnu-[13]PET/MR1314要的作用，随着问世和临床应用，这些［］［］clearimaging[J].ActaMedPort201023(2):291-310.，，分子影像新技术将进一步推动医学的发展，为造福.PET/MR[J].[14]王强，王荣福分子影像新技术中国医疗器人类健康发挥重要作用。20111744-7.械，，（）：
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下表用于回答第4和第5题 6．根据《中华人民共和国传染病防治法》的规定，我国两类传染病疫情报告的方式为： A全国统一报告B 由自愿搞监测的医院报告C 在规定的监测点或监测区报告 D 在规定的监测点或监测区内，有指定的医生报告 7-15 16．下面哪一条是混杂因子成立的条件之一： A一定不是所研究疾病的危险因素B 不能与暴露因素之间有统计学联系 C 不能与疾病间有统计学联系 D 存在有偏倚 E 以上都不对 17．以下哪种传染病不属于人畜共传染患病： A流行性出血热B 钩端螺旋体病C O157引起的出血性肠炎D 鼠疫E 炭疽 18．已知接触某种牌号油漆是发生某种皮肤病的重要原因之一，但在某造船厂开展的现场调查结果显示：接触这种油漆的喷漆工人中，此病发生率仅比其他工人略高，合理的解释是：A未随机选择研究对象B随访时间不够C样本量不足D健康工人效应E统计方法可能不当19．推算乙型肝炎的潜伏期，应首选以下哪个患者作为调查对象： A新确认的乙肝病人B 症状典型的乙肝病人C 由输血感染而致的病人D 所有乙肝病人20．推断因果关系时，必须优先满足以下哪个条件？ A暴露因素在病人组中比非病人组多见B 暴露因素先于疾病的发生而存在 C 消除暴露因素可减少发病的危险性 D 暴露因素能在所有病例中找到 三分析题 1 为确定高血压控制的重点社区，对甲、乙两社区的高血压进行了普查，甲乙社区的患病率分别为25%和30%，年龄标化处理后，甲乙两社区的患病率分别为35%和25%，解释结果并就确定高血压控制的重点社区给出建议。 2有人研究乙型肝炎表面抗原（HBsAg）阳性和阴性儿童分班托儿预防乙型肝炎病毒传播的效果，第一年将HbsAg阳性和阴性的儿童混合在一个班内托儿，随访一年后，原HbsAg阴性的儿童，其HbsAg阳转率为20%。第二年作者将上述HbsAg仍为阴性儿童和阳性儿童（包括第一年阳转的儿童）分班托儿，并随访一年，结果原HbsAg阴性儿童的HbsAg阳转率仅为5%，较头一年混班托儿明显为低，因而认为HbsAg阳性儿童与阴性儿童分班托儿对预防乙型肝炎病毒的传播有效。试对此结论进行分析评价。 四问答题 1 举例说明流行病学研究中常见的混杂因素，以及在资料分析时应对的方法。 2 在设计病例对照调查时，应注意那些问题，并举例说明。 3 根据你掌握的流行病学知识，就如何提高我国某一种疾病防治的水平提出建议。 流行病学部分 1．”Epidemic”的含义是： A.疾病的发生超过正常水平 B在一个人群中固定存在的某类疾病 C同时影响一个国家大部分人群的疾病 D存现季节性流行的疾病 E 在动物中流行的疾病 2．北京医科大学1998年招收硕士研究生试题纸 一名词解释 1 birth cohort analysis 2 cumulative incidence 3 migrant epidemiology 4 odds ratio 5 specificity 6 confounding factor 7 McNeyman bias 8 compliance 9 RCT10 Nested case-control study
生物质谱技术在蛋白质组学中的应用（北京大学药学院 杨春晖 学号：10389071） 一、 前言[1，2] 基因工程已令人难以置信的扩展了我们关于有机体DNA序列的认识。但是仍有许多新识别的基因的功能还不知道，也不知道基因产物是如何相互作用从而产生活的有机体的。功能基因组试图通过大规模实验方法来回答这些问题。但由于仅从DNA序列尚不能回答某基因的表达时间、表达量、蛋白质翻译后加工和修饰的情况、以及它们的亚细胞分布等等，因此在整体水平上研究蛋白质表达及其功能变得日益显得重要。这些在基因组中不能解决的问题可望在蛋白质组研究中找到答案。蛋白质组研究的数据与基因组数据的整合，将会在后基因组研究中发挥重要作用。 目前蛋白质组研究采用的主要技术是双向凝胶电泳和质谱方法。双向凝胶电泳的基本原理是蛋白质首先根据其等电点，第一向在pH梯度胶内等电聚焦，然后转90度按他们的分子量大小进行第二向的SDS-PAGE分离。质谱在90年代得到了长足的发展，生物质谱当上了主角，蛋白质组学又为生物质谱提供了一个大舞台。他们中首选的是MALDI-TOF，其分析容量大，单电荷为主的测定分子量高达30万，干扰因素少，适合蛋白质组的大规模分析。其次ESI为主的LC-MS 联机适于精细的研究。本文将简介几种常用的生物质谱技术，并着重介绍生物质谱技术在蛋白质组学各领域的应用。 二、 生物质谱技术[3，4] 1．电喷雾质谱技术（ESI）[5] 电喷雾质谱技术( Electrospray Ionization Mass Spectrometry , ESI - MS) 是在毛细管的出口处施加一高电压,所产生的高电场使从毛细管流出的液体雾化成细小的带电液滴,随着溶剂蒸发,液滴表面的电荷强度逐渐增大,最后液滴崩解为大量带一个或多个电荷的离子,致使分析物以单电荷或多电荷离子的形式进入气相。电喷雾离子化的特点是产生高电荷离子而不是碎片离子, 使质量电荷比(m/ z)降低到多数质量分析仪器都可以检测的范围,因而大大扩展了分子量的分析范围,离子的真实分子质量也可以根据质荷比及电荷数算出。 2．基质辅助激光解吸附质谱技术（MOLDI）[5-7] 基质辅助激光解析电离（MOLDI）是由德国科学家Karas和Hillenkamp发现的。将微量蛋白质与过量的小分子基体的混合液体点到样品靶上，经加热或风吹烘干形成共结晶，放入离子源内。当激光照射到靶点上时，基体吸收了激光的能力跃迁到激发态，导致蛋白质电离和汽化，电离的结果通常是基体的质子转移到蛋白质上。然后由高电压将电离的蛋白质从离子源转送到质量分析器内，再经离子检测器和数据处理得到质谱图。TOF质量分析器被认为是与MALDI的最佳搭配，因为二者都是脉冲工作方式，在质量分析过程中离子损失很少，可以获得很高的灵敏度。TOF质量分析器结果简单，容易换算，蛋白质离子在飞行管内的飞行速度仅与他的(m/z)-1/2成正比，因此容易通过计算蛋白质离子在飞行管内的飞
蛋白质质谱分析研究进展作者：汪福源蛋白质质谱分析研究进展摘要：随着科学的不断发展，运用质谱法进行蛋白质的分析日益增多，本文简要综述了肽和蛋白质等生物大分子质谱分析的特点、方法及蛋白质质谱分析的原理、方式和应用，并对其发展前景作出展望。关键词：蛋白质，质谱分析，应用前言：蛋白质是生物体中含量最高，功能最重要的生物大分子，存在于所有生物细胞，约占细胞干质量的50%以上，作为生命的物质基础之一，蛋白质在催化生命体内各种反应进行、调节代谢、抵御外来物质入侵及控制遗传信息等方面都起着至关重要的作用，因此蛋白质也是生命科学中极为重要的研究对象。关于蛋白质的分析研究，一直是化学家及生物学家极为关注的问题，其研究的内容主要包括分子量测定，氨基酸鉴定，蛋白质序列分析及立体化学分析等。随着生命科学的发展，仪器分析手段的更新，尤其是质谱分析技术的不断成熟，使这一领域的研究发展迅速。自约翰.芬恩(JohnB.Fenn)和田中耕一(Koichi.Tanaka)发明了对生物大分子进行确认和结构分析的方法及发明了对生物大分子的质谱分析法以来，随着生命科学及生物技术的迅速发展，生物质谱目前已成为有机质谱中最活跃、最富生命力的前沿研究领域之一[1]。它的发展强有力地推动了人类基因组计划及其后基因组计划的提前完成和有力实施。质谱法已成为研究生物大分子特别是蛋白质研究的主要支撑技术之一，在对蛋白质结构分析的研究中占据了重要地位[2]。1．质谱分析的特点质谱分析用于蛋白质等生物活性分子的研究具有如下优点：很高的灵敏度能为亚微克级试样提供信息，能最有效地与色谱联用，适用于复杂体系中痕量物质的鉴定或结构测定，同时具有准确性、易操作性、快速性及很好的普适性。2．质谱分析的方法近年来涌现出较成功地用于生物大分子质谱分析的软电离技术主要有下列几种：1)电喷雾电离质谱；2)基质辅助激光解吸电离质谱；3)快原子轰击质谱；4)离子喷雾电离质谱；5)大气压电离质谱。在这些软电离技术中，以前面三种近年来研究得最多，应用得也最广泛[3]。3．蛋白质的质谱分析蛋自质是一条或多条肽链以特殊方式组合的生物大分子，复杂结构主要包括以肽链为基础的肽链线型序列[称为一级结构]及由肽链卷曲折叠而形成三维[称为二级，三级或四级]结构。目前质谱主要测定蛋自质一级结构包括分子量、肽链氨基酸排序及多肽或二硫键数目和位置。3.1蛋白质的质谱分析原理以往质谱(MS)仅用于小分子挥发物质的分析，由于新的离子化技术的出现，如介质辅助的激光解析/离子化、电喷雾离子化，各种新的质谱技术开始用于生物大分子的分析。其原理是：通过电离源将蛋白质分子转化为气相离子，然后利用质谱分析仪的电场、磁场将具有特定质量与电荷比值(M/Z值)的蛋白质离子分离开来，经过离子检测器收集分离的离子，确定离子的M/Z值，分析鉴定未知蛋白质。3.2蛋白质和肽的序列分析现代研究结果发现越来越多的小肽同蛋白质一样具有生物功能，建立具有特殊、高效的生物功能肽的肽库是现在的研究热点之一。因此需要高效率、高灵敏度的肽和蛋白质序列测定方法支持这些研究的进行。现有的肽和蛋白质测序方法包括N末端序列测定的化学方法Edman法、C末端酶解方法、C末端化学降解法等，这些方法都存在一些缺陷。例如作为肽和蛋白质序列测定标准方法的N末端氨基酸苯异硫氰酸酯(phenylisothiocyanate)PITC分析法(即Edman法，又称PTH法)，测序速度较慢(50个氨基酸残基/天)；样品用量较大(nmol级或几十pmol级)；对样品纯度要求很高；对于修饰氨基酸残基往往会错误识别，而对N末端保护的肽链则无法测序[4]。C末端化学降解测序法则由于无法找到PITC这样理想的化学探针，其发展仍面临着很大的困难。在这种背景下，质谱由于很高的灵敏度、准确性、易操作性、快速性及很好的普适性而倍受科学家的广泛注意。在质谱测序中，灵敏度及准确性随分子量增大有明显降低，所以肽的序列分析比蛋白容易许多，许多研究也都是以肽作为分析对象进行的。近年来随着电喷雾电离质谱(electrospray ionisation，ESI)及基质辅助激光解吸质谱(matrix assisted laser desorption/ionization，MALDI)等质谱软电离技术的发展与完善，极性肽分子的分析成为可能，检测限下降到fmol级别，可测定分子量范围则高达100000Da，目前基质辅助的激光解吸电离飞行时间质谱法(MALDI
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
蛋白质是生物体中含量最高，功能最重要的生物大分子,存在于所有生物细胞,约占细胞干重质量的50%以上。随着生命科学及生物技术的迅速发展，生物质谱目前已成为有机质谱中最活跃，最富生命力的前沿研究领域之一。 1 质谱分析的特点与方法 1.1 质谱分析具有很高的灵敏度，能为亚微克级试样提供信息，能最有效地与色谱联用，适用于复杂体系中痕量物质的鉴定或结构测定，同时具有准确性、易操作性、快速性及很好的普适性。 1.2 质谱分析的方法质谱分析的软电离技术主要有下列几种：（1）电喷雾电离质谱；（2）基质辅助激光解吸电离质谱；（3）快原子轰击质谱；（4）离子喷雾电离质谱；（5）大气压电离质谱。以前三种近年来研究最多，应用也最广泛。 2 蛋白质的质谱分析 2.1 蛋白质的质谱分析原理原理是通过电离源将蛋白质分子转化为气相离子，然后利用质谱分析仪的电场、磁场将具有特定质量与电荷比值（M/Z值）的蛋白质离子分开来，经过离子检测器收集分离的离子，确定离子的M/Z值，分析鉴定未知蛋白质。 2.2 蛋白质和肽的序列分析现有的肽和蛋白质测序方法包括N末端序列测定的化学方法Edman法、C末端酶解方法、C末端化学降解法等，这些方法都存在一些缺陷。在这种背景下，质谱由于很高的灵敏度、准确性、易操作性、快速性及很好的普适性而倍受科学家的广泛注意。在质谱测序中，灵敏度及准确性随分子量增大有明显降低，所以肽的序列分析比蛋白质容易很多。近年来随着电喷雾电离质谱（ESI）及基质辅助激光解吸质谱（MALDI）等质谱软电离技术的发展与完善，极性肽分子的分析成为可能，检测限下降到fmol级别，可测定分子量范围则高达100000Da,目前基质辅助的激光解吸电离飞行时间质谱法（MALDI TOP MS）已成为测定生物大分子尤其是蛋白质．多肽分子量和一级结构的有效工具，也是当今生命科学领域中重大课题——蛋白质研究所必不可缺的关键技术之一，目前在欧洲分子生物实验室（EMBL）及美国、瑞士等国的一些高校已建立了MALDI TOP MS蛋白质一级结构（序列）谱库，能为解析FAST谱图提供极大的帮助，并为确证分析结果提供可靠的依据。 2.3 蛋白质谱分析方式 a.蛋白图谱，即用特异性的酶解或化学水解的方法将蛋白切成小的片段，然后用质谱检测各产物肽分子量，将所得到的肽谱数据输入数据库，搜索与之相对应的已知蛋白，从而获得待测蛋白序列。将蛋白质绘制“肽图”是一重要测列方法。b.利用待测分于在电离及飞行过程中产生的亚稳离子，通过分析相邻同组类型峰的质量差，识别相序的氨基酸残基，其中亚稳离子碎裂包括“自身”碎裂及外界作用诱导碎裂。C.与Edman法有相似之处，即用化学探针或酶解使蛋白或肽从N端或C端逐一解下氨基酸残基，形成相互间差一个氨基酸残基的系列肽，名为梯状测序，经质谱检测，由相邻峰的质量差知道相应氨基酸。 （1）蛋白消化：蛋白的基因越大，质谱检测的准确率越低。因此。在质谱检测之前，须将蛋白消化成小分子的多肽，以提高质谱检测的准确率。一般而言，6-20个氨基酸的多肽最适合质谱仪的检测。现今最常用的酶为胰蛋白酶，它于蛋白的赖氨酸和精氨酸处将其切断。因此，同一蛋白经胰蛋白酶消化后，会产生相同的多肽。 （2）基质辅助激光解吸电离/飞行时间质谱测量法（MALDI TOP MS）：简而言之，基质辅助激光解吸电离/飞行时间质谱测量仪是将多肽成分转换成离子信号，并依据质量/电荷之比来对该多肽进行分析，以判断该多肽源自哪一个蛋白。待检样品与含有在特定波长下吸光的发光团的化学基质混合，此样品混合物随即滴于一平板或载玻片上进行发挥，样品然后置
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
肿瘤流行病学研究资料的统计分析 项永兵 第四讲生存资料单变量分析中危险率比估计 Logrank检验［1，2］是生存分析中最常用的非参数统计方法。在资料分析时，除计算假设检验统计量及相应P值外，还可以对研究因素的效应做出估计，即估计一些参数或指标，例如回归系数β或相对危险度RR。单因素分析中常用的参数是相对危险度(RR)。在生存分析中该术语经常被称为危险率比(harzard ratio,HR)。国人在生存资料单因素分析的结果中仅报道假设检验统计量及P值，很少给出RR或HR的估计值，一般在Cox回归模型分析中列出它们的结果。所以如何在单变量分析情形下，基于logrank检验估计RR或HR，是本讲的主要内容。 一、统计方法：以最常见的二元协变量为例，即两组比较的情形。假定两组个体在时刻t时的危险率分别为λ1(t)和λ2(t)，根据Cox的比例危险假设［1，2］，存在下式 式中HR即危险率比。它不依赖于时间，是个常数。回到上一讲(第三讲)中关于样本资料的一些假定，例如2×2表，这里不在重复，请参考。首先看无效假设，即H0∶HR＝1。而假设检验统计量则是常用的logrank 检验统计量，分别有Mantel和Peto氏统计量两种。即为上一讲中的公式(5)和(4)。为了叙述上的方便，这里重复这两个公式。Mantel氏统计量［1～7］和Peto氏统计量［1～5，8～11］分别为 其中Peto氏(简化式)统计量比Mantel氏统计量在假设检验上较保守［1，2，10～12］。在(2)式的基础上，估计危险率比的公式［8］为 式中分子为实际死亡数与期望死亡数的差，分母为方差。期望死亡数与
方差的计算方法见上一讲。对数危险率比log(HR)的方差估计可以用下式 而与(3)式相对应的危险率比估计公式［9，14，15］为 上式分母中的期望死亡数除可用上一讲中的方法计算外，还可用下式 对数HR2的方差估计公式［2］为 或采用下式［1］ Vrlog(HR2)＝1/W ，(8) 式中 估计HR方差的目的，是为了能估计HR的95%置信区间(CI)，或做假设检验。 二、实例说明：以Freireich白血病临床试验数据［1，2，16］为例，资料见表1。研究因素是治疗方法，即对照组(安慰剂组)和6-MP治疗组，也即两组比较的情形。目的是比较两组病人的生存期(预后)有没有差别，或者为了说明采用6-MP药物治疗的病人，其预后是否优于对照组。本文的重点在于估计研究因素的效应大小，即危险率比HR。表2是分析该数据的假设检验统计量、危险率比及其对数的方差估计值等。为了与Cox 回归模型［1，2］的分析进行对比，表中同时给出Cox回归模型的分析结果。以logrank检验为例，对照组相对于治疗组的危险率比为5.15，且有高度统计学意义。表中的结果同时也说明了简化式统计量是较保守的。与Cox方法相比，基于logrank检验的参数估计值HR似有高估的倾向，而
蛋白质质谱分析的应用 蛋白质质谱分析技术可应用于蛋白质鉴定、蛋白质从头测序、蛋白质定量分析、蛋白质结构鉴定、蛋白基因组学等多个应有领域。 蛋白质鉴定 用质谱鉴定蛋白质主要有两种方法。肽质量指纹谱分析，通过输入蛋白水解肽的质量作为搜库参数对未知蛋白进行分析，数据库可以通过已知蛋白质建立。如果数据库中的蛋白质序列与实验值匹配的预测质量显著相关，则表明该蛋白质存在于原始样品中。因此，纯化步骤限制了肽质量指纹图谱方法的通量。肽质量指纹图谱可通过MS/MS实现。 质谱也是鉴定蛋白质翻译后修饰的优选方法，因为它比其他方法（例如基于抗体的方法）更具优势。 蛋白质从头测序 蛋白质从头测序质谱分析通常在不事先了解氨基酸序列的情况下进行，这是通过蛋白质的肽片段质量确定氨基酸的过程。研究证明从头测序可以成功地确认和扩展数据库搜索的结果。 由于从头测序是基于质量的，并且某些氨基酸具有相同的质量（例如亮氨酸和异亮氨酸），因此精确的手动测序可能很困难。于是在数据库搜索和从头测序之间使用序列同源搜索应用程序协同工作以解决这一固有限制变得非常必要。 如果数据库中已经记录了序列，那么数据库搜索的优点就是可以快速识别序列。数据库搜索的其他固有限制包括序列修改/突变（某些数据库搜索未充分考虑对“已记录”序列的更改，因此可能会丢失有价值的信息）、未知信息（如果未记录序列，则找不到），误报以及数据不完整或数据损坏。 蛋白质定量 用质谱法对蛋白质进行定量（定量蛋白质组学）有几种方法。比较常用的如，将稳定的（例如非放射性）碳（13C）或氮（15N）重同位素掺入一个样品中，另外一个样品则用相应的轻同位素（例如12C和14N）标记。分析前将两个样品混合，由于质量差异，可以区分衍生自不同样品的肽。它们的峰强度之比对应于肽（和蛋白质）的相对丰度比。同位素标记的最常用方法是SILAC（在细胞培养物中通过氨基酸稳定同位素标记）、胰蛋白酶催化的18O标记、ICAT（同位素编码的亲和标记）和iTRAQ（相对和绝对定量的等压标记）。可以在不标记样品的情况下进行“半定量”质谱分析。通常，需要通过MALDI分析（线性模式）完成。单个分子（通常是蛋白质）的峰强度或峰面积与样品中蛋白质的量相关，但是，单个信号取决于蛋白质的一级结构、样品的复杂程度以及仪器的设置。其他类型的“无标记”定量质谱分析使用分解的蛋白质的图谱计数（或肽计数）作为确定相对蛋白质量的手段。 蛋白质质谱分析还可应用于蛋白质结构鉴定、蛋白基因组学等。
生物质谱在蛋白质组学研究中应用 张养军钱小红 军事医学科学院放射与辐射医学研究所 北京蛋白质组研究中心 主要内容： 一、蛋白质组学发展简介 二、蛋白质组研究意义 三、蛋白质组学研究的内容 四、蛋白质组研究中的复杂性 五、蛋白质组学研究的主要研究策略 六、生物质谱在蛋白质组学研究中的应用 七、蛋白质组学研究中的主要技术挑战 一、蛋白质组学发展简介 蛋白质组（proteome）： 一种细胞、组织或生物体完整基因组所对应的全套蛋白质。 蛋白质组学（proteomics)： 研究细胞、组织或生物体中蛋白质组成、定位、变化及其相互作用规律的科学。简要历史回顾： 1994年，澳大利亚的科学家首次提出蛋白质组概念； 1995年，蛋白质组一词首次见诸报端； 2001年4月，在美国成立了国际人类蛋白质组研究组织(Human Proteome Organization, HUPO)，随后欧洲、亚太 地区都成立了区域性蛋白质组研究组织，试图通过 合作的方式，融合各方面的力量，完成人类蛋白质 组计划(Human Proteome Project)；另外，除了相关 期刊外，创刊了蛋白质组学专门杂志，如 《Proteomics》、《Molecular & cellular proteomics》和《Journal of proteome research》； 2002年～现在，已经举行了七届HUPO国际会议和四届中国蛋 白质组学术大会。 二、蛋白质组研究的意义 1、一些物种如小鼠、大鼠等基因组测序工作的完 成，特别是人类基因组计划草图完成（2001 年），为蛋白质组计划的实施奠定了基础。蛋白 质组的研究不仅是基因组研究的深入和延续，更
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质谱技术在蛋白质组学中的应用发展 作者：吴晓歌， 鲁新宇， WU Xiao-ge， LU Xin-yu 作者单位：南京工业大学应用化学系,江苏南京,210009 刊名： 医学研究生学报 英文刊名：JOURNAL OF MEDICAL POSTGRADUATES 年，卷(期)：2007,20(10) 被引用次数：5次 参考文献(20条) 1.Diane G Mass spectrometry:gaining mass appeal in proteomics[外文期刊] 2005(06) 2.Taranenko NI;Potter NT;Allman SL Gender identification by atrix-Assisted laser desorption /ionization time-of-flight mass spectrometry[外文期刊] 1999(10) 3.Schurenberg M;Dreisewerd K;Hillenkamp F Laser desorption/ionization mass spectrometry of peptides and proteins with particle suspension matrixes[外文期刊] 1999(01) 4.钱小红;盛龙生生物质谱技术与方法 2003 5.Judith H Product review:Proteomics systems emerge 2001(13) 6.Joerg R;Urs L;Jan M Challenges in mass spectrometrybased proteomics 2004(12) 7.蒋娟娟基质辅助激光解吸离子化中的基质和基质添加剂[期刊论文]-药学进展 2004(08) 8.Krause E;Wenschuh H;Jungblut PR The Dominance of Arginine-containing peptides in MALDI-Derived tryptic mass Fingerprint of proteins[外文期刊] 1999(19) 9.Mpamhanga CP;Chen B;Mclay I Knowledge-based interaction fingerprint scoring:a simple method for improving the effectiveness of fast scoring functions[外文期刊] 2006(02) 10.Yang CY;Wang R;Wang S M-score:a knowledge-based interaction fingerprint scoring:a simple method for improving the effectiveness of fast scoring functions[外文期刊] 2006(20) 11.Wen K;Chungang G;Hongjie Z Use of high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry to distinguish panax ginseng C.A.Meyer (Asian Ginseng) and Panax quinquefolius L[外文期刊] 2000(21) 12.Josip B;Maria C;Rodriguez G Analysis of murine natural killer cell microsomal proteins using two-dimensional liquid chromatography coupled to tandem electrospray ionization mass spectrometry[外文期刊] 2004(04) 13.张养军;蔡耘;王京兰蛋白质组学研究中的色谱分离技术[期刊论文]-色谱 2003(01) 14.曹晓梅;陈冰;冷伟卫高效液相色谱法同时测定血浆中异烟肼和乙酰烟肼[期刊论文]-医学研究生学报 2005(05) 15.Demirev PA;Ramirez J;Fenselau C Tandem mass spectrometry of intact proteins for characterization of biomarkers from bacillus cereus T spores[外文期刊] 2001(23) 16.Ciminiello P;Dell AC;Fattorusso E The Genoa 2005outbreak.Determination of putative palytoxin in Mediterranean ostreopsis ovata by a new liquid chromatography tandem mass spectrometry method[外文期刊] 2006(17) 17.Ji C;Li L Quantitative proteome analysis using differential stable isotopic labeling and microbore LC-MALDI MS and MS-MS[外文期刊] 2005(03) 18.周济宏;李幼生;曹亚澄稳定性核素测定大鼠小肠蛋白质合成[期刊论文]-医学研究生学报 2006(10) 19.Heng J;Ann ME Quantitative analysis of the yeast proteome by incorporation of isotopically
蛋白质质谱分析研究进展 摘要：随着科学的不断发展，运用质谱法进行蛋白质的分析日益增多，本文简要综述了肽和蛋白质等生物大分子质谱分析的特点、方法及蛋白质质谱分析的原理、方式和应用，并对其发展前景作出展望。 关键词：蛋白质，质谱分析，应用 前言： 蛋白质是生物体中含量最高，功能最重要的生物大分子，存在于所有生物细胞，约占细胞干质量的50%以上，作为生命的物质基础之一，蛋白质在催化生命体内各种反应进行、调节代谢、抵御外来物质入侵及控制遗传信息等方面都起着至关重要的作用，因此蛋白质也是生命科学中极为重要的研究对象。关于蛋白质的分析研究，一直是化学家及生物学家极为关注的问题，其研究的内容主要包括分子量测定，氨基酸鉴定，蛋白质序列分析及立体化学分析等。随着生命科学的发展，仪器分析手段的更新，尤其是质谱分析技术的不断成熟，使这一领域的研究发展迅速。 自约翰.芬恩(JohnB.Fenn)和田中耕一(Koichi.Tanaka)发明了对生物大分子进行确认和结构分析的方法及发明了对生物大分子的质谱分析法以来，随着生命科学及生物技术的迅速发展，生物质谱目前已成为有机质谱中最活跃、最富生命力的前沿研究领域之一[1]。它的发展强有力地推动了人类基因组计划及其后基因组计划的提前完成和有力实施。质谱法已成为研究生物大分子特别是蛋白质研究的主要支撑技术之一，在对蛋白质结构分析的研究中占据了重要地位[2]。 1．质谱分析的特点 质谱分析用于蛋白质等生物活性分子的研究具有如下优点：很高的灵敏度能为亚微克级试样提供信息，能最有效地与色谱联用，适用于复杂体系中痕量物质的鉴定或结构测定，同时具有准确性、易操作性、快速性及很好的普适性。 2．质谱分析的方法 近年来涌现出较成功地用于生物大分子质谱分析的软电离技术主要有下列几种：1)电喷雾电离质谱；2)基质辅助激光解吸电离质谱；3)快原子轰击质谱；4)离子喷雾电离质谱；5)大气压电离质谱。在这些软电离技术中，以前面三种近年来研究得最多，应用得也最广泛[3]。 3．蛋白质的质谱分析 蛋自质是一条或多条肽链以特殊方式组合的生物大分子，复杂结构主要包括以肽链为基础的肽链线型序列[称为一级结构]及由肽链卷曲折叠而形成三维[称为二级，三级或四级]结构。目前质谱主要测定蛋自质一级结构包括分子量、肽链氨基酸排序及多肽或二硫键数目和位置。 3.1蛋白质的质谱分析原理 以往质谱(ＭＳ)仅用于小分子挥发物质的分析，由于新的离子化技术的出现，如介质辅助的激光解析/离子化、电喷雾离子化，各种新的质谱技术开始用于生物大分子的分析。其原理是：通过电离源将蛋白质分子转化为气相离子，然后利用质谱分析仪的电场、磁场将具有特定质量与电荷比值(Ｍ/Ｚ值)的蛋白质离子分离开来，经过离子检测器收集分离的离子，确定离子的Ｍ/Ｚ值，分析鉴定未知蛋白质。 3.2蛋白质和肽的序列分析 现代研究结果发现越来越多的小肽同蛋白质一样具有生物功能，建立具有特殊、高效的生物功能肽的肽库是现在的研究热点之一。因此需要高效率、高灵敏度的肽和蛋白质序列测定方法支持这些研究的进行。现有的肽和蛋白质测序方法包括Ｎ末端序列测定的化学方法Edman法、Ｃ末端酶解方法、Ｃ末端化学降解法等，这些方法都存在一些缺陷。例如作为肽和蛋白质序列测定标准方法的Ｎ末端氨基酸苯异硫氰酸酯(phenylisothiocyanate)PITC分析法(即Edman法，又称PTH法)，测序速度较慢(50个氨基酸残基/天)；样品用量较大(nmol级或几十pmol级)；对样品纯度要求很高；对于修饰氨基酸残基往往会错误识别，而对Ｎ末端保护的肽链则无法测序[4]。Ｃ末端化学降解测序法则由于无法找到PITC这样理想的化学探针，