蛋白質(zhì)組學(xué)的應(yīng)用研究進(jìn)展

蛋白質(zhì)組學(xué)的應(yīng)用研究進(jìn)展

尹穩(wěn)1伏旭2李平1
（1.蘭州大學(xué)第二醫(yī)院，蘭州 730030；2.蘭州大學(xué)第二醫(yī)院急救中心，蘭州 730030）

蛋白質(zhì)組學(xué)（Proteomics）是一門大規(guī)模、高通量、系統(tǒng)化的研究某一類型細(xì)胞、組織或體液中的所有蛋白質(zhì)組成及其功能的新興學(xué)科。雖然基因決定蛋白質(zhì)的水平，但是基因表達(dá)的水平并不能代表細(xì)胞內(nèi)活性蛋白的水平，蛋白質(zhì)組學(xué)分析是對蛋白質(zhì)翻譯和修飾水平等研究的一種補(bǔ)充，是全面了解基因組表達(dá)的一種必不可少的手段。蛋白質(zhì)組學(xué)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展極大地推動了蛋白質(zhì)組學(xué)的研究進(jìn)展，使其在各研究領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。對蛋白質(zhì)組學(xué)相關(guān)技術(shù)及其在各領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了綜述，最后對蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展趨勢和應(yīng)用前景作出展望。

蛋白質(zhì)組學(xué) 雙向凝膠電泳 質(zhì)譜 生物信息學(xué) 應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著基因組計劃的完成，生命科學(xué)研究開始進(jìn)入以基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、營養(yǎng)組學(xué)、代謝組學(xué)等“組學(xué)”為研究標(biāo)志的后基因組時代。蛋白質(zhì)組（proteome）一詞最早是由澳大利亞科學(xué)家Wilkins和Williams于1994年提出［1］，1995年7月最早見諸于Electrophoresis雜志［2］，意指一個細(xì)胞或組織中由基因組表達(dá)的全部蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics）是一門大規(guī)模、高通量、系統(tǒng)化的研究某一類型細(xì)胞、組織、體液中的所有蛋白質(zhì)組成、功能及其蛋白之間的相互作用的學(xué)科。

雖然基因決定蛋白質(zhì)的水平，mRNA只包含了轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控，其表達(dá)水平并不能代表細(xì)胞內(nèi)活性蛋白的水平［3］，且轉(zhuǎn)錄水平的分析不能反應(yīng)翻譯后對蛋白質(zhì)的功能和活性起至關(guān)重要作用的蛋白修飾過程［4］，如?；⒎核鼗?、磷酸化或糖基化等。而蛋白質(zhì)組學(xué)除了能夠提供定量的數(shù)據(jù)以外，還能提供包括蛋白定位和修飾的定性信息。只有通過對生命過程中蛋白質(zhì)功能和蛋白質(zhì)之間的相互作用以及特殊條件下的變化機(jī)制進(jìn)行研究，才能對生命的復(fù)雜活動具有深入而又全面的認(rèn)識。近年來，蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)取得了長足的發(fā)展，隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，其應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。本文對蛋白質(zhì)組學(xué)相關(guān)技術(shù)及其在各研究領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了簡要的歸納和評述，并對蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展趨勢和應(yīng)用前景

作出展望。

1 蛋白質(zhì)組學(xué)的分類

根據(jù)研究目的和手段的不同，蛋白質(zhì)組學(xué)可以分為表達(dá)蛋白質(zhì)組學(xué)、結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學(xué)和功能蛋白質(zhì)組學(xué)。表達(dá)蛋白質(zhì)組學(xué)用于細(xì)胞內(nèi)蛋白樣品表達(dá)的定量研究。其研究技術(shù)為經(jīng)典的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)即雙向凝膠電泳和圖像分析。在蛋白質(zhì)組水平上研究蛋白質(zhì)表達(dá)水平的變化等，是應(yīng)用最為廣泛的蛋白質(zhì)組學(xué)的研究模式。以繪制出蛋白復(fù)合物的結(jié)構(gòu)或存在于一個特殊的細(xì)胞器中的蛋白為研究目標(biāo)的蛋白質(zhì)組學(xué)稱為“細(xì)胞圖譜”或結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學(xué)，用于建立細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的網(wǎng)絡(luò)圖譜并解釋某些特定蛋白的表達(dá)對細(xì)胞產(chǎn)生的特定作用［5］。功能蛋白質(zhì)組學(xué)以細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的功能及其蛋白質(zhì)之間的相互作用為研究目的，對選定的蛋白質(zhì)組進(jìn)行研究和描述，能夠提供有關(guān)蛋白的糖基化、磷酸化，蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，疾病機(jī)制或蛋白-藥物之間的相互作用的重要信息。

2 蛋白質(zhì)組學(xué)的主要研究技術(shù)

蛋白質(zhì)組學(xué)研究的進(jìn)展是由技術(shù)推動的，同時也受到技術(shù)的限制。蛋白質(zhì)組學(xué)研究的技術(shù)水平很大程度上決定了研究成功的可能性。蛋白質(zhì)組學(xué)研究的核心就是能夠系統(tǒng)地鑒定一個細(xì)胞或組織中表達(dá)的每一個蛋白質(zhì)并確定每一個蛋白質(zhì)的突出性能。蛋白質(zhì)組學(xué)的主要相關(guān)技術(shù)有雙向凝膠電泳、差異凝膠電泳、質(zhì)譜分析等。其中雙向電泳技術(shù)從開發(fā)到應(yīng)用已經(jīng)30多年［6］，是蛋白質(zhì)組學(xué)研究的核心技術(shù)之一；差異凝膠電泳技術(shù)［7］能夠進(jìn)行大樣本統(tǒng)計分析，且靈敏度高；質(zhì)譜技術(shù)包括生物質(zhì)譜、飛行時間質(zhì)譜、電噴霧質(zhì)譜等，通常與雙向電泳等蛋白分離技術(shù)相聯(lián)用，具有靈敏、準(zhǔn)確、自動化程度高等特點(diǎn)，是蛋白鑒定的核心技術(shù)。除了上述幾種主要的技術(shù)外，近年來蛋白質(zhì)芯片技術(shù)、酵母雙雜交系統(tǒng)和生物信息學(xué)分析也應(yīng)用于蛋白質(zhì)組學(xué)。由于其操作簡便，樣品用量少并能對多個樣品進(jìn)行平行檢測，蛋白質(zhì)芯片技術(shù)與其他常規(guī)方法相比具有明顯優(yōu)勢［8］；酵母雙雜交系統(tǒng)主要針對活細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的研究，近年來已經(jīng)發(fā)展到檢測小分子-蛋白質(zhì)，DNA-蛋白質(zhì)及RNA-蛋白質(zhì)之間的相互作用上；物信息學(xué)是蛋白質(zhì)組學(xué)研究的核心技術(shù)之一，由于通過雙向電泳，質(zhì)譜或蛋白質(zhì)芯片所獲得的數(shù)據(jù)通常都是高通量且比較復(fù)雜，只有通過生物信息學(xué)分析才能對蛋白質(zhì)的種類、結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行分析確定。

3 蛋白質(zhì)組學(xué)的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 蛋白質(zhì)組學(xué)在疾病研究中的應(yīng)用

蛋白質(zhì)組學(xué)在疾病研究中的應(yīng)用主要是發(fā)現(xiàn)新的疾病標(biāo)志物，鑒定疾病相關(guān)蛋白質(zhì)作為早期臨床診斷的工具，以及探索疾病的發(fā)病機(jī)制和治療途徑。人類的許多疾病已經(jīng)從蛋白質(zhì)組學(xué)方向展開研究，并取得了一定的進(jìn)展。Lei等［9］通過2-DE和基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜等蛋白質(zhì)組學(xué)相關(guān)技術(shù)對膀胱癌患者的尿蛋白進(jìn)行分離鑒定，獲得14個差異表達(dá)的蛋白質(zhì)，這些差異表達(dá)的蛋白可能是診斷和檢測膀胱癌的潛在尿標(biāo)志物。McKinney等［10］應(yīng)用亞細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)方法對原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性的4個胰腺癌細(xì)胞差異表達(dá)的蛋白質(zhì)進(jìn)行鑒定，有540個蛋白質(zhì)是原發(fā)性癌細(xì)胞特異性的，487個具有轉(zhuǎn)移部位癌細(xì)胞特異性。通過統(tǒng)計學(xué)分析鑒定出134個顯著性差異表達(dá)的蛋白質(zhì)，可用于進(jìn)一步研究以確定其在腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移過程中的作用。Tetaz等［11］應(yīng)用尿蛋白質(zhì)組學(xué)方法對腎移植后3個月獲得的29個尿樣進(jìn)行分析，鑒定出18個預(yù)測慢性移植腎功能障礙（CAD）的生物標(biāo)志物，其中8.860 kD的蛋白標(biāo)志物在預(yù)測CAD方面具有最高的診斷性能。這些生物標(biāo)記物在腎移植后3個月即可檢測出，最長可以鑒定出在移植后4年可能發(fā)生CAD的病人。Brea等［12］應(yīng)用雙向電泳聯(lián)合質(zhì)譜技術(shù)，對12例心源性腦栓塞癥患者和12例粥樣硬化血栓性梗死患者的血清蛋白進(jìn)行差異比較，發(fā)現(xiàn)觸珠蛋白相關(guān)蛋白和淀粉樣蛋白A等蛋白質(zhì)在粥樣硬化血栓性梗死患者中的血清水平顯著升高。Wen等［13］對人類美洲錐蟲病患者的血清蛋白質(zhì)組學(xué)進(jìn)行了研究，以探索其潛在的病理生理學(xué)機(jī)制。通過MALDI-TOF MS/MS對高豐度和低豐度錐蟲病患者的血清蛋白進(jìn)行分析，分別獲得80和14個差異表達(dá)的蛋白質(zhì)。檢測出的心臟相關(guān)蛋白和黏著斑蛋白與血纖維蛋白溶酶原的表達(dá)水平的增加為臨床人類美洲錐蟲病心肌損傷和發(fā)展的研究提供了一組比較全面的生物標(biāo)志物。

Kikuchi等［14］首次應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的散彈蛋白質(zhì)組學(xué)分析方法對非小細(xì)胞肺癌的兩種主要亞型和正常肺組織進(jìn)行了深入蛋白質(zhì)組學(xué)分析，鑒定出許多新的可作為潛在診斷和治療的分子標(biāo)志物的差異表達(dá)蛋白。

3.2 蛋白質(zhì)組學(xué)在遺傳病學(xué)研究中的應(yīng)用

蛋白質(zhì)組學(xué)在遺傳病學(xué)中的應(yīng)用主要是為了探索遺傳病的發(fā)病機(jī)制，尋找用于遺傳病的早期診斷的生物標(biāo)記和特異性的藥物靶點(diǎn)等。常見的遺傳病主要包括：單基因遺傳病，多基因遺傳病，線粒體遺傳病及體細(xì)胞遺傳病等。Polprasert等［15］應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)方法對遺傳性球形紅細(xì)胞增多癥（HS，單基因遺傳?。┑募t細(xì)胞膜蛋白變化進(jìn)行研究，分離鑒定出56個差異表達(dá)的蛋白質(zhì)，通過蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)分析出包括細(xì)胞死亡，細(xì)胞循環(huán)及遺傳性和血液性紊亂3個HS相關(guān)的重要網(wǎng)絡(luò)，為進(jìn)一步研究和了解HS相關(guān)的發(fā)病機(jī)制提供了參考。Yang等［16］對阿爾茨海默?。ǘ嗷蜻z傳?。┠Ｐ痛笫蟮哪X突觸體進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)分析，得到14種差異表達(dá)的蛋白質(zhì)，通過MALDI-TOF MS鑒定出α-2-珠蛋白鏈和與細(xì)胞凋亡和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)的肽基脯氨酸反式異構(gòu)酶A與絲切蛋白-1三種蛋白，這些差異表達(dá)的蛋白有助于對阿爾茨海默病發(fā)病機(jī)制的了解。Rabilloud等［17］研究了線粒體tRNA基因的點(diǎn)突變對線粒體蛋白結(jié)構(gòu)的影響，通過雙向凝膠電泳和質(zhì)譜技術(shù)對健康人和和病態(tài)下的線粒體蛋白的表達(dá)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，核編碼的細(xì)胞色素C氧化酶的亞單位蛋白的表達(dá)水平明顯降低，表明線粒體tRNA基因的點(diǎn)突變會影響核編碼蛋白的穩(wěn)態(tài)水平。

3.3 蛋白質(zhì)組學(xué)在藥物研究中的應(yīng)用

隨著蛋白質(zhì)組學(xué)的快速發(fā)展，相關(guān)的研究技術(shù)在藥物研究領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越多，為快速，特異，高通量的藥物研究提供了有力的技術(shù)支持。Huang等［18］應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)方法對奧利司他抗腫瘤藥物處理過的人卵巢癌細(xì)胞SKOV3的蛋白質(zhì)表達(dá)變化進(jìn)行了研究，鑒定出71個差異表達(dá)的蛋白質(zhì)，其中與腫瘤發(fā)生有關(guān)的關(guān)鍵酶PKM1/2在經(jīng)過奧利司他處理后表達(dá)顯著下調(diào)，證明奧利司他是一種潛在的卵巢癌抑制劑，并可以作為新的抗腫瘤輔助藥物。Lin等［19］應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)對阿霉素處理的人子宮癌細(xì)胞的蛋白表達(dá)變化進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，有37種差異表達(dá)的蛋白質(zhì)，為阿霉素抗性的子宮癌細(xì)胞的治療提供了診斷和治療標(biāo)志物。Li等［20］利用雙向電泳聯(lián)合質(zhì)譜技術(shù)對藍(lán)藻細(xì)菌衍生的微囊藻素-亮氨酸-精氨酸（MCLR）誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性相關(guān)的蛋白進(jìn)行鑒定發(fā)現(xiàn)，MCLR處理的海馬區(qū)與神經(jīng)變性疾病、氧化應(yīng)激及能量代謝相關(guān)蛋白的表達(dá)發(fā)生變化，且MCLR能夠誘導(dǎo)抑制蛋白磷酸化和神經(jīng)微管相關(guān)蛋白tau的異常高度磷酸化，證明MCLR可以誘導(dǎo)神經(jīng)中毒效應(yīng)，導(dǎo)致記憶損傷及神經(jīng)退行性病變等。Bauer等［21］對紫杉醇類藥物治療乳腺癌復(fù)發(fā)的患者應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)方法進(jìn)行分析，在其組織中發(fā)現(xiàn)α-防衛(wèi)素過度表達(dá)，大量研究表明α-防衛(wèi)素可以作為預(yù)測紫杉醇類藥物對乳腺癌治療作用的生物學(xué)標(biāo)記物。O'Connell［22］等應(yīng)用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對DU145，22RV1和 PC-3三種前列腺癌細(xì)胞系與相應(yīng)的多西他賽抗性的子代細(xì)胞系間差異表達(dá)的蛋白進(jìn)行鑒定，鑒定出的差異表達(dá)的蛋白質(zhì)有助于進(jìn)一步了解細(xì)胞抗性的潛在生化機(jī)制，對提高臨床療效有著至關(guān)重要的作用。

3.4 蛋白質(zhì)組學(xué)在植物學(xué)研究中的應(yīng)用

利用蛋白質(zhì)組學(xué)在植物領(lǐng)域進(jìn)行研究的報道已經(jīng)很多，如對農(nóng)作物的不同組織、器官和亞細(xì)胞水平的蛋白組的研究，植物突變體差異表達(dá)蛋白的鑒定，環(huán)境脅迫條件下蛋白表達(dá)水平變化的研究等。Khatoon等［23］利用蛋白質(zhì)組學(xué)方法對大豆幼苗在低氧和水脅迫條件下的應(yīng)答機(jī)制進(jìn)行了研究分析，對根部的蛋白進(jìn)行分離鑒定出27個差異表達(dá)的蛋白斑點(diǎn)，其中與代謝和能量相關(guān)的蛋白表達(dá)增加，而存儲相關(guān)的蛋白表達(dá)水平降低。與低氧脅迫條件相比，水脅迫條件下存儲蛋白和疾病/防御蛋白的表達(dá)下調(diào)對大豆幼苗的生長產(chǎn)生更大的抑制作用。Aghaei等［24］通過雙向凝膠電泳技術(shù)對鹽脅迫下大豆蛋白質(zhì)表達(dá)譜進(jìn)行了研究分析，檢測到7個重復(fù)性較好的差異表達(dá)的蛋白，研究表明鹽度能改變一些胚軸和根部特定蛋白的表達(dá)，這些差異表達(dá)的蛋白可能與耐鹽性相關(guān)。Ngara等［25］利用雙向凝膠電泳電泳聯(lián)合質(zhì)譜技術(shù)對鹽脅迫條件下高粱幼苗葉子的蛋白表達(dá)進(jìn)行研究，在鹽脅迫下有118個顯著變化的蛋

白，鑒定出的差異表達(dá)的蛋白可以分為6大類，包括已知的和推定的脅迫應(yīng)答蛋白。Anne-Catherine等［26］應(yīng)用2D-DIGE技術(shù)對香蕉的耐旱性進(jìn)行研究，從葉子蛋白質(zhì)組中鑒定出24種差異表達(dá)的蛋白質(zhì)。通過蛋白質(zhì)組學(xué)分析表明在受脅迫植物中存在一種新的平衡，其中呼吸，活性氧的代謝以及一些脫氫酶的體內(nèi)平衡發(fā)揮著一個比較重要的作用。Randall小組［27］運(yùn)用蛋白質(zhì)組學(xué)方法對八倍體草莓的低溫應(yīng)答機(jī)制進(jìn)行了研究，通過對“Jonsok” 和“Frida”兩種品系經(jīng)過不同時間的冷處理后進(jìn)行雙向凝膠電泳和定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析，鑒定出135種特異表達(dá)的蛋白質(zhì)，并鑒定出許多耐寒性相關(guān)的生物標(biāo)記分子。Zhao等［28］應(yīng)用質(zhì)譜和分子生物學(xué)技術(shù)對乳腺癌患者的糖基化磷脂酰肌醇錨定蛋白進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)鑒定，發(fā)現(xiàn)糖基化磷脂酰肌醇錨定蛋白表達(dá)水平的增加有助于惡性乳腺癌上皮細(xì)胞的去分化，可作為乳腺癌診斷和潛在治療靶點(diǎn)。

3.5 蛋白質(zhì)組學(xué)在食品科學(xué)研究中的應(yīng)用

蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展為食品科學(xué)研究提供了新的研究思路和技術(shù)，在食品中過敏的檢測、食品成分的鑒定等食品科學(xué)研究領(lǐng)域已經(jīng)具有廣泛的應(yīng)用。Coscia等［29］應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)對牛奶的蛋白質(zhì)和人乳的微量成分進(jìn)行檢測，收集了62個正常分娩的和11個早產(chǎn)初乳樣品，通過蛋白質(zhì)組學(xué)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)在人初乳中存在完整的牛α-S1-酪蛋白，α-1-酪蛋白被認(rèn)為是在人乳中分泌的牛乳過敏原，可能是純母乳喂養(yǎng)嬰兒對牛奶過敏的原因之一。Hong等［30］通過液相色譜聯(lián)合質(zhì)譜技術(shù)對古代食物殘渣進(jìn)行鑒定發(fā)現(xiàn)，食物殘渣中存在牛奶成分，此研究為古代的殘留物的分析及其他考古領(lǐng)域提供了一種新的研究方法。Pedreschi等［31］將鳥槍法蛋白質(zhì)組學(xué)方法應(yīng)用于烘烤餅干中花生過敏原的檢測，通過檢測花生過敏原Ara h的3/4水解肽段來確定花生的存在，建立的檢測方法在微量級水平即可檢測出花生過敏原的存在。李明云等［32］通過對不同裂解液配方、等電聚焦程序和上樣量等條件的優(yōu)化，建立了大黃魚肝臟蛋白質(zhì)組雙向電泳的相關(guān)技術(shù)體系，提高了大黃魚肝臟蛋白雙向電泳圖譜的分辨率，為大黃魚肝臟蛋白質(zhì)組學(xué)的進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)。Andrade等［33］應(yīng)用比較蛋白質(zhì)組學(xué)方法對預(yù)成熟的和成熟期的芒果在成熟過程中差異表達(dá)的蛋白進(jìn)行鑒定，通過2-D凝膠電泳和液相色譜-質(zhì)譜技術(shù)共鑒定出47種差異表達(dá)的蛋白質(zhì)。在這些蛋白質(zhì)中，與碳固定和激素的生物合成相關(guān)的蛋白在成熟過程中減少，而與分解代謝和壓力應(yīng)答相關(guān)的蛋白逐漸積累，為芒果成熟過程中的生物學(xué)變化提供了一個概括性的研究。

3.6 蛋白質(zhì)組學(xué)在微生物學(xué)研究中的應(yīng)用

蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)已應(yīng)用到生命科學(xué)的各種領(lǐng)域，在微生物學(xué)研究中，可用于病原微生物致病機(jī)制、耐藥機(jī)理、病毒感染的研究以及新型疫苗的研發(fā)等。Fernandez等［34］對加入羧甲基纖維素的培養(yǎng)基培養(yǎng)的葡萄孢菌蛋白質(zhì)通過雙向凝膠電泳分離，選擇267個蛋白斑點(diǎn)用于MALDI-TOF MS分析鑒定發(fā)現(xiàn)，許多蛋白質(zhì)在其致病過程中具有重要的作用。Fang等［35］利用2-DE和MALDI-TOF MS對草莓炭疽菌感染的草莓幼苗葉子的蛋白質(zhì)組進(jìn)行研究，鑒定出49個顯著差異表達(dá)的蛋白質(zhì)，在感染后期，開爾文循環(huán)和糖酵解途徑相關(guān)蛋白的表達(dá)受到抑制，此研究增加了對病原抗性機(jī)制的了解。Ansong等［36］利用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對對數(shù)期、靜止期和低pH/低Mn條件下沙門氏菌（S.typhiTy2）的蛋白質(zhì)組進(jìn)行鑒定，共鑒定2 066個蛋白質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)S.typhiTy2存在一組高表達(dá)蛋白，推測這些蛋白與S.typhi的病原性和宿主專一性有關(guān)。Zhang等［37］應(yīng)用比較蛋白質(zhì)組學(xué)方法對外膜蛋白P5缺陷突變菌株副豬嗜血桿菌SC096的蛋白質(zhì)組進(jìn)行研究，得到24種差異表達(dá)的蛋白質(zhì)，主要包括碳水化合物、脂肪、氨基酸代謝相關(guān)蛋白，轉(zhuǎn)錄翻譯因子及伴侶蛋白等。在牛乳腺炎的宿主和病原菌的應(yīng)答機(jī)制的研究，蛋白質(zhì)組學(xué)分析技術(shù)被用于病原菌毒性因子、抗原蛋白的鑒定及用于分離牛乳腺炎致病菌株的特異性蛋白，為臨床乳腺感染的病原菌應(yīng)答機(jī)制的研究提供了較多的理論依據(jù)，通過獸類病原菌蛋白質(zhì)組學(xué)分析已經(jīng)鑒定出疫苗研發(fā)的潛在作用靶點(diǎn)，并闡明了在宿主環(huán)境下細(xì)菌從入侵到存活的前在作用機(jī)制［38，39］。

3.7 蛋白質(zhì)組學(xué)在生物膜研究中的應(yīng)用

生物膜在活細(xì)胞及其外界環(huán)境之間形成了一個

重要屏障，還用于劃分真核生物細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞器。大約有1/4-1/3的細(xì)菌的基因用于編碼細(xì)菌的內(nèi)膜或外膜的蛋白質(zhì)。這些蛋白執(zhí)行一些基本的生理功能，如代謝物、有毒物質(zhì)或抗生素的排出，維持細(xì)胞內(nèi)離子的動態(tài)平衡及能量的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)換等。對于真核生物的細(xì)胞器膜，其高度專業(yè)化的功能大多是由膜上的相應(yīng)蛋白質(zhì)執(zhí)行完成的。Liu等［40］利用比較膜蛋白質(zhì)組學(xué)方法對H5N1病毒分別感染6、12和24 h的人肺腺癌細(xì)胞A549進(jìn)行蛋白分析鑒定，得到24個差異表達(dá)的蛋白質(zhì)，其中57%為膜蛋白或膜相關(guān)蛋白，通過siRNA技術(shù)鑒定出與病毒增殖相關(guān)的幾種蛋白，對病毒感染過程中宿主膜蛋白作用的了解提供了新的認(rèn)識。Vishvanath等［41］應(yīng)用比較蛋白質(zhì)組學(xué)方法對碳青酶烯抗性菌株——鮑氏不動桿菌的內(nèi)膜部分進(jìn)行研究，鑒定出19個過表達(dá)的和4個表達(dá)下調(diào)的蛋白質(zhì)，在表達(dá)上調(diào)的蛋白質(zhì)中包括β-內(nèi)酰胺酶、代謝酶和核糖體酶蛋白等，在鮑氏不動桿菌產(chǎn)生耐藥性的過程中，低水平的表面抗原有助于逃避宿主的防御機(jī)制。Wang等［42］應(yīng)用2-D差異凝膠電泳技術(shù)對非洲爪蟾蜍的外胚層和中胚層組織的膜組分中的蛋白質(zhì)含量進(jìn)行了比較分析，鑒定出一些在一個或其他組織中含量豐富的蛋白質(zhì)，包括細(xì)胞骨架和細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的調(diào)節(jié)者，有助于闡明胚胎中的各種不同組織的特定功能。Jia等［43］對乙醇誘導(dǎo)的肝硬化模型大鼠進(jìn)行了動態(tài)的質(zhì)膜蛋白質(zhì)組學(xué)分析，通過2-D凝膠電泳和串聯(lián)質(zhì)譜鑒定出16種差異表達(dá)的蛋白質(zhì)。這些差異表達(dá)的蛋白質(zhì)可能是酒精性肝硬化治療的新藥物靶點(diǎn)。

4 展望

蛋白質(zhì)組學(xué)是一門在蛋白質(zhì)水平上認(rèn)識生命機(jī)理的學(xué)科，其學(xué)術(shù)理念和相關(guān)技術(shù)方法已被廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)的各個領(lǐng)域，涉及多種重要的生物學(xué)現(xiàn)象，并已成為人類重大疾病診斷、治療和尋找藥物靶點(diǎn)的有效方法之一。雖然蛋白質(zhì)組學(xué)還存在一些問題，如蛋白質(zhì)組學(xué)的相關(guān)技術(shù)在自動化操作、靈敏度檢測方面存在某些缺陷；由于儀器價格昂貴使得相關(guān)技術(shù)的推廣受到限制；蛋白質(zhì)組學(xué)方法標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，各實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果不能很好地重復(fù)等。但是，作為一門新興學(xué)科，其廣闊的應(yīng)用前景卻是不容置疑的。由于存在蛋白質(zhì)翻譯后的修飾和定位，蛋白質(zhì)組學(xué)分析是對翻譯和修飾水平等研究的一種補(bǔ)充，是全面了解基因組表達(dá)的一種必不可少的手段。

蛋白質(zhì)組學(xué)的廣泛應(yīng)用為其發(fā)展提供了更多的需求和發(fā)展方向，在以后的研究中，蛋白質(zhì)組學(xué)的研究將會出現(xiàn)多技術(shù)、多學(xué)科的交叉，這種交叉是新技術(shù)、新方法的活水之源，蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)與基因組學(xué)、生物信息學(xué)等領(lǐng)域的交叉，呈現(xiàn)出的系統(tǒng)生物學(xué)研究模式，將會成為生命科學(xué)研究的新前沿，如：蛋白質(zhì)組學(xué)在代表了21世紀(jì)毒理學(xué)發(fā)展方向的系統(tǒng)毒理學(xué)方向的研究。此外，蛋白質(zhì)組學(xué)在艾滋病、神經(jīng)退行性疾病、嚴(yán)重帕金森病和老年性癡呆等人類重大疾病的攻克方面也具有十分誘人的前景?？梢灶A(yù)見的是，將來可以開發(fā)出綜合運(yùn)用蛋白質(zhì)組學(xué)、生物信息學(xué)和基因組學(xué)等多學(xué)科相關(guān)技術(shù)的蛋白質(zhì)組芯片，能夠快速、靈敏、準(zhǔn)確地分析鑒定人類疾病的相關(guān)信息，為疾病的臨床診斷和治療提供一定的科學(xué)理論依據(jù)。相信在未來的發(fā)展中，蛋白質(zhì)組學(xué)的研究領(lǐng)域和應(yīng)用前景將會更加廣泛。

［1］ Pandey A, Mann M. Proteomics to study genes and genomics［J］. Nature, 2000, 405（6788）：837-846.

［2］ Wasinger VC, Cordwell SJ, Cerpa-Poljak A, et al. Progress with gene product mapping of the Mollicutes：Mycoplasma genitalium［J］. Electrophoresis, 1995, 16（7）：1090-1094.

［3］ Anderson L, Seilhammer J. A comparison of selected mRNA and protein abundances in human liver［J］. Electrophoresis, 1997, 18：533-537.

［4］ Humphrey-Smith I, Cordwell SJ, et al. Proteome research：complementarity and limitations with respect to the RNA and DNA worlds［J］. Electrophoresis, 1997, 18：1217-1242.

［5］ 王英超, 黨源, 李曉艷, 等.蛋白質(zhì)組學(xué)及其技術(shù)發(fā)展［J］.生物技術(shù)通訊, 2010, 21（1）：139-144.

［6］ O’Farrell P. High resolution two-dimensional electrophoresis of proteins［J］. J Biol Chem, 1975, 250：4007-4021.

［7］ ünlü M, Morgan ME, Minden JS. Difference gel electrophoresis. A single gel method for detecting changes in protein extracts［J］. Electrophoresis, 1997, 18：2071-2077.

［8］ Chen L, Fatima S, Peng J, et al. SELDI protein chip technology for

the detection of serum biomarkers for liver disease［J］. Protein Pept Lett, 2009, 16（5）：467-472.

［9］ Lei T, Zhao X, Jin S, et al. Discovery of Potential bladder cancer biomarkers by comparative urine proteomics and analysis［J］.Clin Genitourin Cancer, 2013, 1（1）：56-62.

［10］ McKinney KQ, Lee JG, Sindram D, et al. Identification of differentially expressed proteins from primary versus metastatic pancreatic cancer cells using subcellular proteomics［J］. Cancer Genomics Proteomics, 2012, 9（5）：257-263.

［11］ Tetaz R, Trocmé C, Roustit M, et al. Predictive diagnostic of chronic allograft dysfunction using urinary proteomics analysis［J］.Ann Transplant, 2012；17（3）：52-60.

［12］ Brea D, Sobrino T, Blanco M, et al. Usefulness of haptoglobin and serum amyloid A proteins as biomarkers for atherothrombotic ischemic stroke diagnosis confirmation［J］. Atherosclerosis, 2009, 205：561-567.

［13］ Wen JJ, Zago MP, Nu?ez S, et al. Serum proteomic signature of human chagasic patients for the identification of novel potential protein biomarkers of disease［J］. Mol Cell Proteomics, 2012, 11：435-452.

［14］ Kikuchi T, Hassanein M, Amann JM, et al. In-depth proteomic analysis of nonsmall cell lung cancer to discover molecular targets and candidate biomarkers［J］. Mol Cell Proteomics, 2012, 11（10）：916-932.

［15］ Polprasert C, Chiangjong W, Thongboonkerd V. Marked changes in red cell membrane proteins in hereditary spherocytosis：a proteomics approach［J］. Mol Biosyst, 2012, 8（9）：2312-2322.［16］ Yang H, Qiao H, Tian X. Proteomic analysis of cerebral synaptosomes isolated from rat model of alzheimer’s disease［J］. Indian J Exp Biol, 2011, 49（2）：118-124.

［17］ Rabilloud T, Sturb JM, Carte N, et al.Comparative proteomics as a new tool for exploring human mitochondrial tRNA disorders［J］. Biochemistry, 2002, 41（1）：144-150.

［18］ Huang HQ, Tang J, Zhou ST, et al. Orlistat, a novel potent antitumor agent for ovarian cancer：proteomic analysis of ovarian cancer cells treated with Orlistat［J］. Int J Oncol, 2012, 41（2）：523-532.

［19］ Lin ST, Chou HC, Chang SJ, et al. Proteomic analysis of prote ins responsible for the development of doxorubicin resistance in human uterine cancer cells［J］. J Proteomics, 2012, 75（18）：5822-5847.

［20］ Li G, Cai F, Yan W, et al. A proteomic analysis of MCLR-induced neurotoxicity：implications for Alzheimer’s disease［J］. Toxicol Sci, 2012, 127（2）：485-495.

［21］ Bauer JA, Chakravanhy AB, Rosenbluth JM, et al. Identification of markers of taxane sensitivity using proteomic and genomic analyses of breast tumors from patients receiving neoadjuvant paclitaxel and radiation［J］. Clin Cancer Res, 2010, 16（2）：681-690.

［22］ O’Connell K , Prencipe M , O'Neill A, et al. The use of LC-MS to identify differentially expressed proteins in docetaxel-resistant prostate cancer cell lines［J］. Proteomics, 2012, 12（13）：2115-2126.

［23］ Khatoon A, Rehman S, Oh MW, et al. Analysis of response mechanism in soybean under low oxygen and flooding stresses using gel-base proteomics technique［J］. Mol Biol Rep, 2012, 39（12）：10581-10594.

［24］ Aghaei K, Ehsanpour AA, Shan A. et al. Proteome analysis of soybean hypoeotyl and root under salt stress［J］. Amino Acids, 2009, 36：91-98.

［25］ Ngara R, Ndimba R, Borch-Jensen J, et al. Identification and profiling of salinity stress- responsive proteins in Sorghum bicolor seedlings［J］. J Proteomics. 2012, 75（13）：4139-4150.

［26］ Anne-Catherine V, Wesley V, Bart P, et al. Screening the banana biodiversity for drought tolerance：can an in vitro growth model and proteomics be used as a tool to discover tolerant varieties and understand homeostasis［J］.Front Plant Sci, 2012, 3：176.

［27］ Koehler G, Wilson RC, Goodpaster JV, et al. Proteomic study of lowtemperature responses in strawberry cultivars（Fragaria×ananassa）that differ in cold tolerance［J］. Plant Physiology, 2012, 159：1787-1805.

［28］ Zhao P, Nairn AV, Hester S, et al. Proteomic identification of glycosylphosphatidylinositol anchor-dependent membrane proteins elevated in breast carcinoma［J］. J Biol Chem, 2012, 287（30）：25230-25240.

［29］ Coscia A, Orrù S, Di Nicola P, et al. Detection of cow’s milk proteins and minor components in human milk using proteomics techniques［J］. J Matern Fetal Neonatal Med, 2012, 25（4）：49-51.

［30］ Hong C, Jiang H, Lü E, et al. Identification of milk component in ancient food residue by proteomics［J］. PLoS One, 2012, 7（5）：

e37053.

［31］ Pedreschi R, N?rgaard J, Maquet A. Current challenges in detecting food allergens by shotgun and targeted proteomic approaches：a case study on traces of peanut allergens in baked cookies［J］. Nutrients, 2012, 4（2）：132-150.

［32］ 李明云, 冀德偉, 吳海慶, 等. 大黃魚肝臟蛋白質(zhì)組雙向電泳技術(shù)的建立及優(yōu)化［J］. 水產(chǎn)科學(xué), 2010, 29（1）：27-30.

［33］ Andrade Jde M, Toledo TT, Nogueira SB, et al. 2D-DIGE analysis of mango（Mangifera indica L.）fruit reveals major proteomic changes associated with ripening［J］. J Proteomics, 2012, 75（11）：3331-3341.

［34］ Fernández-Acero FJ, Colby T, Harzen A, et al. Proteomic analysis of the phytopathogenic fungus Botrytis cinerea during cellulose degradation［J］.Proteomics, 2009, 9（10）：2892-2902.

［35］ Fang X, Chen W, Xin Y, et al. Proteomic analysis of strawberry leaves infected with Colletotrichum fragariae［J］. J Proteomics, 2012, 75（13）：4074-4090.

［36］ Ansong C, Yoon H, Norbeck AD, et al. Proteomics analysis of the causative agent of typhoid fever［J］. J Proteome Res, 2008, 7（2）：546-557.

［37］ Zhang B, Xu C, Zhou S, et al. Comparative proteomic analysis of a Haemophilus parasuis SC096 mutant deficient in the outer membrane protein P5［J］. Microb Pathog, 2012, 52（2）：117-124.

［38］ Tedeschi G, Taverna F, Negri A, et al. Serological proteome analysis of Staphylococcus aureus isolated from sub-clinical mastitis［J］. Vet Microbiol, 2009, 134：388-391.

［39］ Wolf C, Kusch H, Monecke S, et al. Genomic and proeomic characterization of Staphylococcus aureus mastitis isolates of bovine origin［J］. 2011, 11（12）：2491-2502.

［40］ Liu C, Zhang A, Guo J, et al. Identification of human host proteins contributing to H5N1 influenza virus propagation by membrane proteomics［J］. J Proteome Res, 2012, 11（12）：5396-5405.

［41］ Vishvanath T, Jitendraa V, Arti K, et al. Comparative proteomics of inner membrane fraction from carbapenem-resistant Acinetobacter baumannii with a reference strain［J］. PLoS One, 2012, 7（6）：e39451.

［42］ Wang R, Liu X, Küster-Sch?ck E, et al. Proteomic analysis of differences in ectoderm and mesoderm membranes by DIGE［J］. J Proteome Res, 2012, 11（9）：4575-4593.

［43］ Jia XF, Yin L, Feng YL, et al. A dynamic plasma membrane proteome analysis of alcohol-induced liver cirrhosis［J］. Proteome Science, 2012, 10：39.

（責(zé)任編輯 狄艷紅）

Application Research Progress of Proteomics

Yin Wen1Fu Xu2Li Ping1
（1. Lanzhou University Second Hospital，Lanzhou 730030；2. Department of Emergency，Lanzhou University Second Hospital，Lanzhou 730030）

Proteomics is an emerging discipline for studying proteins composition and function in a type of cell, tissue or body fluids in a large-scale, high-throughput and systematic level. While genes determine the level of protein, but the level of gene expression can not represent the intracellular reactive protein levels. Proteomic analysis is a complement to the study of translation and modification and also an indispensable tool for a comprehensive understanding of genome expression. The development of proteomic technologies has greatly promoted the progress of proteomic research, and it has been widely used in various research fields.This paper revieweded the proteomic technologies and the applications in various fields are also briefly reviewed. Finally, some future issues are presented.

Proteomics Two-dimensional gel electrophoresis Mass spectrometry Bio-informactics Application status

2013-09-05

甘肅省科技計劃基金資助項(xiàng)目（0708NKCA129），蘭州大學(xué)第二醫(yī)院醫(yī)學(xué)研究基金項(xiàng)目（YJ2010-08）

尹穩(wěn)，女，碩士，研究方向：蛋白質(zhì)組學(xué)；E-mail：yinwen0508@163.com

伏旭，男，碩士，研究方向：生物化學(xué)與分子生物學(xué)；E-mail：fuxu0910@163.com