蛋白質(zhì)組學(xué)和人類疾病的關(guān)系

隨著基因組測序工作的進(jìn)展，人們開始越來越關(guān)注一個問題，那就是所有這些基因編碼的蛋白的功能是什么？這個問題的提出使得蛋白質(zhì)組學(xué)(proteomics)變得越來越重要。那么，什么是蛋白質(zhì)組學(xué)呢？這個概念zui早是在1995年提出的，它在本質(zhì)上指的是在大規(guī)模水平上研究蛋白質(zhì)的特征，包括蛋白質(zhì)的表達(dá)水平，翻譯后的修飾，蛋白與蛋白相互作用等，由此獲得蛋白質(zhì)水平上的關(guān)于疾病發(fā)生，細(xì)胞代謝等過程的整體而全面的認(rèn)識。蛋白質(zhì)組的研究不僅能為生命活動規(guī)律提供物質(zhì)基礎(chǔ)，也能為眾多種疾病機(jī)理的闡明蛋白質(zhì)組學(xué)及攻克提供理論根據(jù)和解決途徑。通過對正常個體及病理個體間的蛋白質(zhì)組比較分析，我們可以找到某些“疾病特異性的蛋白質(zhì)分子”，它們可成為新藥物設(shè)計(jì)的分子靶點(diǎn)，或者也會為疾病的早期診斷提供分子標(biāo)志。確實(shí)，那些世界范圍內(nèi)銷路的藥物本身是蛋白質(zhì)或其作用靶點(diǎn)為某種蛋白質(zhì)分子。因此，蛋白質(zhì)組學(xué)研究不僅是探索生命奧秘的必須工作，也能為人類健康事業(yè)帶來巨大的利益。蛋白質(zhì)組學(xué)的研究是生命科學(xué)進(jìn)入后基因時代的特征。

蛋白質(zhì)組學(xué)研究的基本技術(shù)對于蛋白質(zhì)組學(xué)的研究來說，它的zui基本的實(shí)驗(yàn)手段就是利用雙向凝膠電泳，在整個基因組水平上檢測蛋白質(zhì)表達(dá)的情況。雙向凝膠電泳首先利用等電點(diǎn)聚焦來分離不同等電點(diǎn)的蛋白，再利用SDS－PAGE來分離不同分子量的蛋白，其分辨率是非常高的。微克級的蛋白質(zhì)就可以被很好的分辨開了，如在微克級水平上，有人從一個蛋白混合物中zui多分開了11200種蛋白質(zhì)，數(shù)量是非?？捎^的。因而，微克級的蛋白的雙向凝膠電泳常被用來初步檢測表達(dá)或修飾有變化的蛋白。然后，同樣的蛋白混合物樣品可用于毫克級的2DE，這樣，電泳圖譜上的每一個多肽就可被純化并進(jìn)行下一步的分析，如質(zhì)譜，末端或中間的氨基酸序列分析等。
僅僅進(jìn)行雙向凝膠電泳顯然是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因?yàn)橛呻p向電泳得到的蛋白質(zhì)表達(dá)情況的變化并不能和具體的何種蛋白表達(dá)出了變化起來。而一些如蛋白質(zhì)印跡或凝集素親和印跡等傳統(tǒng)技術(shù)對于這方面的信息也幫助不大。為了鑒定這些由電泳得來的蛋白，質(zhì)譜被廣泛應(yīng)用在蛋白質(zhì)組學(xué)中。對于蛋白質(zhì)的鑒定，有兩種方法用的，即MALDI－MS ( matrix-assisted laser desorption ionization)和ESI－MS (electrospray ionization)。這兩種方法各有自己的 適用范圍，通常前者對于分析高分子量的蛋白更有效，而后者對于蛋 白的檢測靈敏度更高，?？蛇_(dá)到飛克級水平以下。質(zhì)譜可以用于蛋白質(zhì)分析主要是因?yàn)樗梢蕴峁┨囟ǖ鞍椎牟煌矫娴慕Y(jié)構(gòu)信息，如它可直接測定蛋白或多肽的分子量信息，也可用來獲得一些蛋白質(zhì)序列信息等。同時，質(zhì)譜也可通過多肽片段分子量的改變來得到一些關(guān)于糖型，磷酸化和其它翻譯后修飾的數(shù)據(jù)。因此，質(zhì)譜對于蛋白質(zhì)的鑒定是非常重要的，而它的進(jìn)展也無疑會大大促進(jìn)蛋白質(zhì)組學(xué)的研究進(jìn)展。單個的疾病相關(guān)蛋白的尋找在疾病發(fā)生過程中，由于和疾病相關(guān)的遺傳信息的變化常常會導(dǎo)致蛋白的種類和數(shù)量發(fā)生變化，而這些變化是可以被高解析度的雙向凝膠電泳所檢測到的，這就是利用蛋白質(zhì)組學(xué)尋找和鑒定疾病相關(guān)蛋白的依據(jù)。

疾病相關(guān)蛋白的整體研究對于大多數(shù)疾病來說，疾病造成的往往不只一個或幾個蛋白的變化，參與疾病過程的蛋白的數(shù)目也是很大的，因此除了通過雙向凝膠電泳來尋找與疾病相關(guān)的單個蛋白外，通過蛋白質(zhì)組對表達(dá)情況有變化的蛋白在整體水平上的研究同樣是非常重要的。目前，在利用雙向凝膠電泳進(jìn)行的蛋白整體水平的研究方面，擴(kuò)張性的心肌病(Dilated cardiomyopathy, DCM)是一個較好的例子。

病原微生物的蛋白質(zhì)組學(xué)分析近幾年來，關(guān)于傳染病的研究變得比原來更為重要。一些新的傳染原，如Borrelia burgdorferi，HIV，Ebola病毒等的出現(xiàn)，使得一些原來認(rèn)為已被控制的疾病如結(jié)核，多抗藥性的鏈球菌屬感染等又有所增加。