近年来关于蛋白质组学(Functional Proteomics)的研究如火如荼。与基因组相学对应,蛋白质组学也是一个整体的概念,它是研究细胞内的全部蛋白质的存在与行为方式的一门学科。任何科学研究都是要为人类服务,蛋白质组学的研究也不例外。有许多学者致力于蛋白质组学的临床应用研究,如体液蛋白质组学、心血管蛋白质组学、药物蛋白质组学、肿瘤蛋白质组学等等。
目前临床蛋白质组学研究已在多种生理、病理情况下展开。由于生命现象的发生、发展、变化过程是多因素控制调节的,涉及多个蛋白质的相互作用。多个蛋白质相互交织成网络状,平行发生或呈现出递进因果关系。而且不仅在同一个有机体的不同组织和不同细胞中、不在同一机体的不同发育阶段,直至最后消亡的全过程中蛋白质在不断变化;而且机体处于不同生理状态下不同,在不同外界环境下蛋白质也在不断变化。
对于全部蛋白质的研究是非常困难的,实际研究中能够取得的蛋白质组分子实体通常只是总蛋白质组的一部分。在蛋白质组学研究中也存在着问题,完整的蛋白质组是否能够得到?如何评价获得的蛋白质组是否完整?蛋白质种类(形式)总是处在一个新陈代谢的动态过程中,随时发生着变化。针对这些问题中国的生命科学工作者提出了一种全新的研究理念:功能蛋白质组学(Functional Proteomics)。这个概念是指从“局部”入手,是位于对个别蛋白质的传统蛋白质研究和以全部蛋白质为研究对象的蛋白质组研究之间的层次,是指对特定时间、特定环境和试验条件下基因组所表达的蛋白质进行研究。即在“不完整”的基础上,通过有限的资金和有限的技术去达到有限的目标。
蛋白质组学的发展既是受技术限制的,也是受技术所推动的。蛋白质组学研究成功与否,很大程度上取决于其技术水平的高低。蛋白质研究技术远比基因技术复杂和困难。不仅氨基酸残基种类远多于核苷酸残基,而且蛋白质有着复杂的翻译后修饰,如磷酸化和糖基化等,给分离和分析蛋白质带来很多困难。目前双向凝胶电泳、离子交换、分子筛、色谱、质谱、免疫沉淀、生物芯片等技术已应用到蛋白质组学的研究中。
随着蛋白质组学技术、高适量技术及生物信息学技术的飞速发展,蛋白质标志物的筛选和鉴定亦将步入一个新的台阶。但是作为新生事物,它还存在一定的不成熟性,以及存在一些亟待解决的问题。如现有仪器、设备、试剂及消耗品成本昂贵;难以实现鉴定细胞和组织的每一个蛋白质,对于在凝胶内蛋白质进行酶解与抽提时,小肚片断易损失,大肋片断或疏水性的肋段与胶结合紧密,不同蛋白质的酶解反应敏感性不同,所获得的肋段产率不同,酶解位点少的获得肋段大,酶解位点多的获得肋段小,特别是对于低丰度蛋白的检测仍然是个难题,疏水性蛋白、相对分子量高的蛋白质(>200KDa)或相对分子量极低的蛋白质、极端酸性或碱性蛋白质无法分离或在电泳过程中丢失;处于动态之中的蛋白质分析,试验重复性差;蛋白质理化性质和结构的异源性,难以建立可以完整反映蛋白质所有数据的精确数据库;蛋白质组学技术能否和核酸技术等一样具有明确的可行性和普遍性,还有待未来多种学科的共同研究和发展,由于目前多数蛋白质组学研究技术因其操作的复杂性或不稳定性等缺点只应用于科研,而只有固相蛋白芯片、液体芯片已应用到临床诊断中。
一些新的技术方法和策略如LCM、SELDI—TOF(表面加强激光解吸电离飞行时间)、亚细胞蛋白质组学、顺序抽提等虽已部分解决上述不足,但真正达到高灵敏度、高通量、全自动、样品范围宽则有赖于技术的突破,一些新技术如毛细管等电聚焦—串联质谱(CIEF-MSN)、蛋白质芯片—MS等的发展可能会对蛋白质组学在疾病早期检测中的应用起到推动。
通过上述方法所得到的高通量的生命以及疾病的综合性信息,通过系统化的处理方法,使得有效信息转变成综合的评价和诊断的意见,应用到临床。目前研究人员已建立机体对外来刺激所反应的过程模拟系统。如足够量的外源性病原体进入体内,刺激机体后引起疾病,经过机体的免疫机制应答及治疗后,机体恢复到正常状态过程的模拟系统。
临床蛋白质组学的深入研究依赖于蛋白质组学、基础医学工作者、临床医生等领域的研究人员的密切合作。采集有价值的标本;充分发挥蛋白质组学技术及相关技术的优势,应用合理的蛋白质组学研究策略,进行蛋白质鉴定并发现有意义的标志物,再进一步研究,使蛋白质组学研究成果在疾病的诊断、治疗和机制研究中充分发挥作用是临床蛋白质组学研究的最终目标。
(首都医科大学附属北京天坛医院实验诊断中心 康熙雄)
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