差异蛋白质组学及其应用

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蛋白质表达的差异及其与疾病的关系

蛋白质表达的差异及其与疾病的关系蛋白质是生命体内最重要的分子之一，它们在细胞中发挥着各种重要的功能。

蛋白质的表达水平及其在不同个体之间的差异，对于疾病的发展和治疗具有重要意义。

本文将探讨蛋白质表达的差异及其与疾病之间的关系，并介绍一些相关的研究进展。

一、蛋白质表达的差异蛋白质表达的差异主要包括两个方面：个体间的差异和细胞内的差异。

1. 个体间的差异个体间的蛋白质表达差异往往与遗传因素密切相关。

人类基因组计划的研究发现，人体中约有20,000个基因，但形成的蛋白质却远远超过这个数字。

这说明在蛋白质的表达过程中，基因的转录和翻译过程存在差异，导致不同个体之间的蛋白质组成存在差异。

这些差异可能与个体的遗传背景、环境因素以及生活方式等有关。

2. 细胞内的差异细胞内的蛋白质表达差异主要体现在细胞类型和状态的差异上。

不同类型的细胞在功能、形态和基因表达上存在差异，因此它们产生的蛋白质也不同。

同时，细胞的状态也会影响蛋白质的表达水平。

例如，细胞在应激或病理状态下，会产生一些特定的蛋白质，这些蛋白质可能参与调节细胞的生理功能，或者作为早期诊断的标记物。

二、蛋白质表达差异与疾病的关系蛋白质表达的差异与疾病的发展和治疗密切相关。

许多疾病的发生和发展过程中，蛋白质的表达异常是重要的因素之一。

1. 疾病的发展过程中的蛋白质表达差异疾病的发展过程中，一些蛋白质的表达水平会发生改变。

这些蛋白质的异常表达可能与疾病的产生和发展有密切关系。

例如，癌症的发展通常伴随着一系列蛋白质的过度表达或缺失。

这些蛋白质可能参与细胞增殖、迁移和凋亡等重要的生命过程，从而促进癌细胞的生长和扩散。

2. 蛋白质表达差异的临床应用蛋白质表达差异的研究为疾病的早期诊断和治疗提供了新的思路。

许多疾病在早期阶段时，蛋白质的表达水平已经发生变化，这些变化可以作为生物标记物用于疾病的早期筛查和诊断。

例如，心肌梗死的早期诊断可通过检测血清中心肌特异性蛋白的表达水平来实现。

蛋白质组学研究策略及在中药领域应用

蛋白质组学研究策略及在中药领域应用⊙作者：卫军营⊙编辑：一墨蛋白质是生命活动的主要执行者，为应对生命过程中繁复的生理过程，蛋白质不仅在结构上发生变化，更重要的是通过分子间的相互修饰实现相关信号通路之间的开合来实现具体的生理调节功能。

蛋白质组(proteome)是一个细胞、组织、器官或生物体拥有的全套基因所对应的全部蛋白质。

蛋白质组学(proteomics)从整体的角度分析细胞内动态变化的蛋白质组成成分、表达水平和修饰状态，可以全景式地揭示生命活动的本质。

蛋白质组还是研究疾病机理和预防诊治药物等的直接靶体库。

因此，蛋白质研究已成为21世纪生命科学的焦点之一。

成为新世纪最大的战略资源之一，是国际生物科技的战略制高点和竞争焦点。

当前，蛋白质组学研究的一个重要方向是规模化地鉴定细胞、组织、体液及亚细胞中的全部蛋白质。

而高分辨率地分离分析策略与高覆盖率地鉴定蛋白质息息相关。

目前的蛋白质组学研究策略主要有两种：一种是基于凝胶电泳–质谱技术( 2 DE或SDS-PAGE-MS/MS) 的经典蛋白质组学策略，另一种是基于二维液相色谱–串联质谱( 2D LC-MS/MS) 技术的鸟枪法蛋白质组学( shotgun proteomics) 策略。

1基于凝胶电泳的经典蛋白质组学策略经典蛋白质组学研究策略的代表是双向凝胶电泳技术，通过该技术获得蛋白质组的二维凝胶电泳图谱，然后对图谱进行扫描，可以通过图谱差异分析，结合胶内酶解、质谱分析，从而实现对差异蛋白质组的定性和定量分析。

目前二维凝胶电泳仍然是少数能将数千种蛋白质同时展示的分离技术。

但是由于其有限的动态范围、及对极端蛋白的歧视等因素，限制了该方法的进一步发展。

2鸟枪法( shotgun)蛋白质组学策略基于二维液相色谱–串联质谱技术的鸟枪法蛋白质组学策略一定程度上弥补了2-DE技术的局限。

该技术利用胰酶将简单分离或未分离的蛋白质样本酶解成复杂的肽段混合物，然后经二维液相色谱如强阳离子交换(SCX)和反相液相色谱(RP)进行分离，最后利用串联质谱(MS/MS)分析鉴定蛋白质。

IP—MS原理筛选差异蛋白

IP—MS原理筛选差异蛋白质谱(MS)技术是蛋白质组学研究中经常使用的一种精细分析技术，它由多种技术组成，可以对蛋白质进行快速准确的分析、鉴定和筛选。

MS技术在差异蛋白质研究中具有特别重要的应用。

它可以通过直接测定不同表型的抑制剂（或诱导剂）和细胞的蛋白质组异常来快速而准确地检测和鉴定差异蛋白质，用以获取重要的生物学信息。

MS法原理是将样品中的蛋白质分解成一系列分子离子，然后借助质谱离子来源和探测仪将它们进行定性和定量分析。

分子离子被加以单胞/双侧扫描的方式，以质谱仪的背压（P）和排斥力（V）来离子化。

P-V波形检测器用于检测离子的移动，从而提供蛋白质的分子量以及特征的离子峰。

蛋白质分子离子的具体浓度通过定量分析（通常采用诱导放电技术）来测量，以获得其相对表达水平，以及确定差异蛋白质。

根据MS技术，可以进行基于2DE（两维电泳）和阳性/阴性电泳的分子标记蛋白筛选，以确定具有表达水平变化的表型产物。

MS 2DE技术是一种将分子标记蛋白通过膜电泳（IEF）和蛋白质凝胶法进行分离的技术，以筛选出具有表达水平变化的表型产物。

阳性/阴性电泳用于识别膜中的蛋白，并在反应后可以用于测定不同体系中表达水平的差异。

MS法原理筛选差异蛋白的主要优势在于分析快速，易于操作，效果显著，且不受蛋白质表达量限制，适用于大量样品的蛋白质组筛选。

通过这种方法，研究者可以获得快速准确的结果，且可i建立科学有效的蛋白质筛选系统。

几乎所有的生物实验中都会使用MS技术，以检测蛋白质组中的差异蛋白，以获取突破性的结果。

MS法的优势是可以同时检测到不同表型的抑制剂（或诱导剂）和细胞的蛋白质组畸变，这对研究蛋白质组中的差异蛋白具有重要意义。

差异蛋白质组学在家蚕中的研究进展

ｐｒｏｇｒｅｓｓ
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ｉｍｐｏｒｔａｎｔｂｒａｎｃｈ
ｓｕｂｊｅｃｔ
ｏｆｐｒｏｔｅｏｍｉｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｐｒｏｔｅｉｎｅｘｐｒｅｓ—
ｓｔａｔｅｓ
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ｏｆｔｈｅｃｅｌｌ．Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ
生物技术通报
・综述与专论・
ＢｌｏＴＥｃＨＮｏＬｏＧＹ
ＢＵＬＬＥＴＩＮ２Fra bibliotek１０年第６期差异蛋白质组学在家蚕中的研究进展
韩宾ｋ２
李轶女２
易咏竹１
张志芳２
沈桂芳２
（１中国农业科学院蚕业研究所，镇江２１２０１８；２中国农业科学院生物技术研究所．北京１０００８１）
摘要：
差异蛋白质组是蛋白质组学的一个重要分支，通过对蛋白质组表达谱的比较，揭示细胞生理或病理状态的进
３
个峰形，能非常准确地比较出２份样品蛋白质表达水平的不同¨¨。ＩＣＡＴ技术的优点在于它可以对混合样品直接测试不需要分离，能够直接鉴定和测量低丰度蛋白和膜蛋白，不但明显弥补了双向电泳技术的不足，而且还使差异蛋白质组分析更趋简单、快速和准确。但ＩＣＡＴ技术也存在只能对含有半胱氨酸的蛋白质进行测定，以及会对小肽段和碱性蛋白的鉴定产生影响等缺点¨“。
ｔｗｏ—ｄｉ—
在差异蛋白质组学研究中，双向电泳技术是细胞，组织和器官蛋白质组研究中最常用的分离技术。该技术将第一向等电聚焦（ＩＥＦ）与第二向十二烷基磺酸钠一聚丙烯酰胺凝胶电泳（ＳＤＳ・ＰＡＧＥ）相结合，首先根据蛋白质等电点的不同在ｐＨ梯度介质中等电聚焦将其分离，然后按照其分子量大小在垂直方向进行ＳＤＳ一聚丙烯酰胺凝胶电泳第２次分离。自从１９７５年Ｏ’Ｆａｒｒｅｌ和Ｋｌｏｓｅ等＂。首次使用双向电泳技术到现在，该技术已经得到了巨大的发展。不同ｐＨ梯度ＩＰＧ胶条的发明极大的提高了双向的电泳的重复性，使得蛋白质组学的研究获得重大突破¨１。根据胶条长短和ｐＨ梯度的选择，双向电泳可以分离得到上千种蛋白，检测出低于１ｎｇ的蛋白点。与此同时，包括基质辅助激光解析飞行时间质谱ＭＡＬＤＩ—ＴＯＦ／ＭＳ和电喷雾质谱ＥＳＩ－ＭＳ在内的各种质谱技术的发展，使得鉴定２－ＤＥ凝胶上的蛋白点更加容易。

小鼠黑色素瘤转移相关蛋白的差异蛋白质组学分析

ＤｉｆｅｒｅｎｔｉａｌＰｒｏｔｅｏｍｉｃＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＭｅｔａｓｔａｓｉｓ —ａｓｓＯｃｉａｔｅｄＰｒｏｔｅｉｎｓｉｎＭｉｃｅＭｅｌａｎｏｍａ
ＢＡＮＸｉｎｃｈａｏ ’ ，ＬＩＭａｎ ’ ，ＧＵＹａｎｊｕｎ ’ ，ＬＯＵＤａｎ ’ ，ＷＥＩＸｉｕｐｉｎｇ ’ ，ＺＨＡＯＸｉｕｌａｎ，ＳＵＮＢａｏｃｕｎ ’ ’
３０００６０，Ｃｈｉｎａ
ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰａｔｈｏｌｏｇｙ，ＴｉａｎｊｉｎＭｅｄｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７０，Ｃｈｉｎａ
Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ：ＳＵＮＢａｏｃｕｎ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｂａｏｃｕｎｓｕｎ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ
’ ＣａｎｃｅｒＩｎｓｔｉｔｕｔｅａｎｄＨｏｓｐｉｔａｌｏｆＴｉａｎｊｉｎＭｅｄｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣａｎｃｅｒＰｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄＴｈｅｒａｐｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ
２４６
国肿瘤临
２０１０年第３７卷第５期

蛋白质组学技术在各研究领域中的应用和思路

蛋白质组学技术在各研究领域中的应用和思路刘钟慧1186141052@目录CONTENTS蛋白质组学研究方法生物医学与蛋白质组学农林领域与蛋白质组学环境科学与蛋白质组学1蛋白质组学研究方法CHAPTER组学技术示意图（信息从基因组-转录组-蛋白组-代谢组的传递）UPLC–MSE application in disease biomarker discovery:The discoveries in proteomics to metabolomics（2014）曾经我们以为，生命的复杂程度与基因数目成正比；人类与简单生物的巨大差别，来自蛋白质之间相互作用的数量*同一基因组，在不同细胞/组织中表达的蛋白质谱不同(如：脑、肝、心和肾之间)*同一细胞/组织，在不同时间/不同环境条件下表达额蛋白谱也不同（如：胎儿与成人）*即蛋白质组是空间和时间上动态变化着的整体，一个基因人类蛋白质组全谱绘制完成2014年，人类蛋白质组全谱绘制完成，2篇文章发表在nature2016年，第3篇文章发表在nature，对蛋白定位进行了补充 1.17种成人组织，7种胎儿组织，6种人造血细胞；2.共鉴定17294非冗余蛋白，覆盖84%人类基因；3.人类蛋白质组实现接近完全覆盖；数据库：NCBI-Pubmed ；时间：2016年7月4日约4万篇文献，以human 为研究对象的占一半以上中国人类蛋白质组计划（CNHPP ）2014年6月全面启动实施，主要目标是以我国重大疾病的防治需求为牵引，发展蛋白质组研究相关设备及关键技术，绘制人类蛋白质组生理和病理精细图谱、构建人类蛋白质组“百科全书”，全景式揭示生命奥秘，为提高重大疾病防诊治水平提供有效手段，为我国生物医药产业发展提供原动力。

蛋白质组学研究现状蛋白质组学概念和技术特点蛋白质组（proteome）：由澳大利亚Macquarie大学的Wilkins和Willianms在1994年首次提出，指组织或细胞中所有蛋白质的集合蛋白质组学（Proteomics）：是指在大规模水平上研究蛋白质的特征，包括蛋白质的表达水平，翻译后的修饰，蛋白与蛋白相互作用等，由此获得蛋白质水平上的关于生理、病理等过程的整体而全面的认识。

生物大数据技术如何解读蛋白质组学差异分析数据

生物大数据技术如何解读蛋白质组学差异分析数据生物大数据技术在生命科学领域发挥着重要的作用，特别是在蛋白质组学差异分析方面。

蛋白质组学研究可以帮助我们理解生物体内蛋白质的种类、数量和功能，从而揭示生物体内各种生理和病理过程的机制。

然而，蛋白质组学数据庞大复杂，需要借助生物大数据技术的分析方法和工具来解读。

蛋白质组学差异分析是研究两个或多个样本之间蛋白质表达水平的差异。

这些差异通常是生物体在不同条件下（例如对照组和实验组）或不同个体之间的差异。

然而，由于蛋白质组学数据的高维特性和复杂性，准确地解读和分析这些差异是一项具有挑战性的任务。

首先，在解读蛋白质组学差异分析数据时，需要对数据进行预处理和归一化。

这些步骤可以去除潜在的技术干扰和增加数据的可比性。

例如，可以使用正则化方法将不同样本之间的技术偏差进行标准化，确保数据在不同样本之间具有可比性。

此外，还可以进行数据过滤和缺失值处理，以减少假阳性结果和提高数据的完整性。

其次，蛋白质组学差异分析常常涉及到大量的特征筛选和统计分析。

特征筛选是将大量的蛋白质特征（例如蛋白质表达水平）中筛选出具有生物学意义的特征。

常用的特征筛选方法包括t检验、方差分析和机器学习等。

这些方法可以根据差异的显著性和重要性对特征进行排序和选择，从而找到最具有差异性的蛋白质。

然后，差异蛋白质的生物学功能和通路分析是解读蛋白质组学差异分析数据的重要环节。

通过富集分析和基因本体论分析等方法，可以将差异蛋白质关联到特定的生物学过程、分子功能和细胞通路等。

这些分析可以帮助我们理解差异蛋白质在生理和病理过程中的作用，从而为后续的机制探究和疾病研究提供依据。

此外，蛋白质互作网络和生物标志物的鉴定也是解读蛋白质组学差异分析数据的重要方面。

蛋白质互作网络可以揭示蛋白质之间的相互作用关系，帮助我们了解蛋白质的复杂功能和调控机制。

而生物标志物的鉴定可以根据差异蛋白质的特征和表达水平，找到与特定疾病相关的潜在生物标志物，从而为疾病的早期诊断和治疗提供线索。

蛋白质组学差异蛋白筛选数据处理方法探究：从大规模数据中发现生物学意义

蛋白质组学差异蛋白筛选数据处理方法探究：从大规模数据中发现生物学意义蛋白质组学作为研究蛋白质组成、结构和功能的学科，已成为生物医学研究中的重要领域。

蛋白质组学的差异蛋白筛选是其中的关键步骤，旨在发现在不同条件下表达量发生变化的蛋白质，并探究其对生物学过程的影响。

然而，面对大规模的蛋白质组学数据，如何进行数据处理成为了一个重要的挑战。

本文将详细介绍蛋白质组学差异蛋白筛选的数据处理方法，帮助读者更好地理解如何从大规模数据中发现生物学意义。

图1。

1、蛋白质组学差异蛋白筛选的数据处理流程。

蛋白质组学差异蛋白筛选的数据处理流程包括数据预处理、差异分析和生物学解释三个主要步骤。

1.1 数据预处理。

数据预处理是数据分析的第一步，用于去除实验中的技术变异和非生物学变异。

常用的数据预处理方法包括峰识别、峰定量和数据归一化等。

1.2 差异分析。

差异分析旨在识别在不同样本组之间具有显著差异的蛋白质。

统计学方法如t检验、方差分析、假设检验等常被应用于差异分析。

此外，还可采用多元分析和机器学习等方法进行更全面的差异分析。

1.3 生物学解释。

生物学解释是将差异蛋白与生物学过程和疾病相关联的关键步骤。

通过生物信息学数据库的查询和功能富集分析，可以了解差异蛋白所参与的信号通路、生物过程和分子功能，从而推断其在生物学中的作用。

2、常用的蛋白质组学差异蛋白筛选数据处理方法。

2.1 差异蛋白鉴定。

差异蛋白鉴定是蛋白质组学中的关键任务之一。

常用的差异蛋白鉴定方法包括基于质谱数据的标准比对、蛋白质鉴定搜库和非标记定量方法等。

2.2 生物信息学分析。

生物信息学分析是蛋白质组学数据处理中的重要环节。

它通过对差异蛋白进行功能富集分析、互作网络分析和通路分析，揭示差异蛋白在生物学过程中的潜在作用和相互关系。

3、蛋白质组学差异蛋白筛选的生物学意义。

蛋白质组学差异蛋白筛选的数据处理方法不仅能够帮助鉴定和定量差异蛋白，还能揭示蛋白质在生物学过程和疾病发展中的重要作用。

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!国家重点基础研究发展规划资助项目（G1999053901）；教育部科学技术重点资助项目（272006）；教育部专项基金资助项目（272011）收稿日期：2002-07-09

差异蛋白质组学及其应用!

何大澄肖雪媛（北京师范大学生命科学学院，100875，北京"第一作者58岁，男，教授）

摘要蛋白质组学是后基因组研究中最主要的部分，其研究策略有2种：一种是“完全”蛋白质组学，目的是检测一种细胞类型或一种组织内基因组表达的所有蛋白质；另一种是“差异”蛋白质组学，主要是筛选和鉴定不同种类或状态下各样本之间蛋白质组的区别与变化.着重介绍了差

异蛋白质组学的特点、研究内容和应用前景，简要介绍了适用于差异蛋白质组学研究的相关技术和近期发展概况.

关键词蛋白质组学；差异蛋白质组学；特点；应用前景分类号O51；O516

!蛋白质组是基因组研究逻辑性的发展人类基因组研究的兴起标志着生命科学进入一个从总体、综合角度理解生命活动分子基础的新阶段.2001年2月参与人类基因组计划的各国科学家宣布人类基因组图谱基本绘制完

成，但对其调节及功能等仍远未解读.被赋予研究其表达调节及其产物功能任务的“后基因组学”也即因运而生.基因的功能主要通过其编码的蛋白质来实现，蛋白质是生命活动的真正执行者.蛋白质组学被认为是后基因组研究中的最主要部分，与基因组相比，蛋白质组的组成更为复杂，功能更为活跃，更直接切近生命活动的本质，其研究的应用前景也更广泛和直接.

!.!蛋白质组的组成远比基因组庞大和复杂分子生物学发展初期的一个知名的信条是“一个基因一个蛋白质”.但后来已证实这是不确的，1个基因可以生产出多于1个蛋白质.越是较

高等的细胞，这种数量上的差异越明显.据估计，在E.cOIi1个基因可编码1.3个蛋白；在S.cerevisiae1个基因可编码3个蛋白；人的1个基因大约可编码10种蛋白［1］.这是由于1个基因可经过基因内重组或在转录中经过不同的剪接翻译成不同的蛋白质，而蛋白质在合成之后又可能进行不同的翻译后修饰，包括磷酸化、糖基化、硫基化、酰基化、甲基化等.人类基因组的基因可能生产出几十万个蛋白.仅从这一个角度也可以看出，即使我们对基因组全部读出，仍

然不足以对全部蛋白质的种类和数量加以描述和预测，更不足以对主要由蛋白质演绎的复杂生命活动加以描述和预测了.

!."蛋白质具有相对独立的代谢过程由DNA编码合成的蛋白质，在其运输、装配方式、降解时间和途径等方面对编码它的DNA具有相对的独立性.例如，在细胞周期调控中cycIinB在G1晚期开始表达并逐渐积累，到G2期后期阶段达到最大值并一直维持到M期中期阶段，然后特异性地迅速降解.目前已知的所有细胞周期调控蛋白及其他许多蛋白都具有各自严格的

代谢途径和“生命”周期.

!.#蛋白质具有对生物机体内部及外界因素产生反应的能力在细胞增殖、分化、衰老和凋

2002年8月第38卷第4期北京师范大学学报（自然科学版）JOurnaIOfBeijingNOrmaIUniversity（NaturaIScience）Aug.2002#######################################################VOI.38NO.4亡等重大生命活动中，蛋白质不仅具有表达时间、表达量的差异，而且具有对外界的环境刺激，包括生理信号、病理信号及外界物理、化学因素等刺激，能动地产生反应的能力，这是生命现象区别于非生命现象的基本特征之一.

!."蛋白质之间存在着活跃、广泛的相互作用在很大程度上我们可以说“没有一个蛋白质是单独发挥其生物学作用的”，它需要与其他的分子相互作用才能完成其复杂的生理功能.蛋白质之间的相互作用不限于过去认识到的连锁反应或级联反应，它是一个复杂交错和具有精密调控的反应网络.蛋白质组学从多方位、多角度去研究蛋白质之间的相互作用和相互调控.

相对来说，基因之间并不发生这种直接的相互作用.因此，只有通过对所有蛋白质的总和进行研究，即开展蛋白质组学研究，才能更加贴近地掌握生命的现象和本质，找到生命活动的规律.

#差异蛋白质组研究

蛋白质组学研究的途径有2条.一条是像基因组学的研究一样，力图“查清”人类大约3万到4万多基因编码的所有蛋白质，建立蛋白质组学数据库.这种“穷尽”基因组可能编码的“一切”蛋白质的想法，一度吸引了大量研究者的热情，美国和其他一些国家的政府和一些大公司投入了巨额资金，例如美国加州前线战略管理咨询公司的一项研究显示，目前已投入5.6亿美

元进行蛋白质组学研究，预计到2005年可扩大到27.7亿美元.但是如前所述，蛋白质组的提出很大程度上是基因组研究观念上和逻辑上的延伸，这与当初基因组的提出有明显的差别.基

因组研究的发端和升温，是由于大规模基因组测序技术的实现和其后高通量的基因芯片技术的发展所推动的.而蛋白质组迄今还不具有相应的技术基础，且DNA大规模的高通量研究是建立在4种碱基及其配对性质的相对单一和简单的原则基础上的，而对蛋白质的识别和鉴定的原则要复杂得多.随着对蛋白质组学的深入理解和具体工作的开展，人们逐渐认识到在短时

间内建立人类蛋白质组学“完整的”数据库和实现网络资源共享是难以实现的，或者说条件尚未成熟.而且这种建立涵盖全部人类蛋白质数据库的耗时费钱的工作，在没有弄清楚具体蛋白质的结构、功能、表达调控和亚细胞定位之前，其应用前景也不是十分的明确和直接［2］.最近l

年中，在这方面的研究和投资与蛋白质组学兴起初期相比，已明显有所“降温”或者说是在热情之外增加了冷静思考和细致规划.

蛋白质组学研究的另一条途径，则是着重于寻找和筛选任何有意义的因素引起的2个样本之间的差异蛋白质谱，揭示细胞生理和病理状态的进程与本质、对外界环境刺激的反应途径，以及细胞调控机制，同时获得对某些关键蛋白的定性和功能分析.200l年5月，我们曾经提出，比照基因组测序式对人类“完全”蛋白质组进行扫描和建档的研究途径，将不是我们在当前发展时期和中国国情下的研究取向，我们将优先开展筛选特定情况（疾病、农业新品种等）下的蛋白质组中特殊标志蛋白与关键蛋白的研究（暂称之为“差异蛋白质组学”），并迅速运用到满足我国有重大需求的实际应用中去.可以说差异蛋白质组学是结构蛋白质组学研究的一个

分支，这类研究，现在正获得国内外蛋白质组学众多研究者日益增多的关注［3-4］，其主要原因介

绍如下.

#.!差异蛋白质组学的研究在技术上有更高的可实现性目前对蛋白质组学的研究仍采用传统技术，例如双向电泳、质谱.双向电泳虽然仍是目前可以分辨最多蛋白质种类的技术，并在

技术上已有了很大的改进，使其重复性和灵敏度大大提高，但它无法检测疏水性蛋白、极端pH

的酸性蛋白和碱性蛋白以及某些低丰度蛋白，因此远不能捕获细胞内的全部蛋白质.质谱在蛋白质分析方面虽然具有高分辨率和高灵敏度的优点，但它需要在检测之前对样品进行必要的

第4期何大澄等：差异蛋白质组学及其应用559纯化，因而无法实现高通量的蛋白质分析［5-6］.此外，质谱是通过分子的飞行时间和带电荷多少来计算分子的分子质量的，因而它无法区分分子和带电荷相同的同分异构体的质量.上述这些技术的不完善都使得蛋白质组学建档式的研究在当前还难以大规模地迅速开展.

另一方面差异蛋白质组学研究由于并不要求捕获“全部”蛋白，而重在找出有意义的差异蛋白，因而有着高得多的可实现性.双向电泳在差异蛋白质组分析中如同在“完全”蛋白质分析中一样，仍然是一项重要的技术，适用于差异蛋白质的检出.美国Ciphergen公司研发的基质辅助激光解析离子化系统（SELDI）集分离纯化和质谱检测于一身，虽然它不具有分辨率和灵敏度

方面的特别优势，但它可以直接检测相对原始的生物样品，并可同时进行多样品、多蛋白的检测，从而提供了适合于差异蛋白质组学研究的可比较性系统［7］.此外，一些新的方法如稳定同位素标记技术等正在迅速发展，它们使质谱技术在蛋白质定量研究方面的能力大大提高了，这将会有力地促进差异蛋白质组学研究的进展.

!.!差异蛋白质组学反映了蛋白质的动态本质一个生物体在经历生长、发育及各种生理过程，甚至病理过程中，其基因组通常是始终维持稳定不变的，也即它可能表达的全部蛋白质的总和也是不变的，而其蛋白质组的构成却在随时发生着严格而活跃的改变.实际上几乎没有任

何一种细胞在任何一个时刻是表达“所有”蛋白质的.例如人类细胞大约有290种左右分化的细胞，在每个细胞中约只有10000种蛋白质.而每个细胞在它不同功能状态、细胞周期不同时相、接受不同条件因素刺激或药物作用下，其蛋白质组也会发生相应的变化.正是这种不同的

蛋白质组构成了这一细胞这一时刻的特征性生命活动的基础.因此，对于这种蛋白质组的特有组成及其改变的研究，即差异蛋白质组研究，是认识生命活动本质的一个恰当而直接的途径.

例如对细胞周期曾进行过形态的、生理的、动力学的大量观察与研究，而直到发现了CDK（它本身是蛋白质，又促进特定蛋白质的磷酸化）以及cyciin（周期蛋白）严格按照时限出现与消失，

才算真正揭示了细胞周期运转的本质.毫无疑问，更多的生命现象将会在分子水平获得日益深入的解释.而在差异蛋白质组学的推动下，这一进程会变得更加自觉和快速.

!."差异蛋白质组学具有广泛和明确的应用前景一个细胞的生命活动，基本上说就是构成其相应蛋白质组的蛋白质的相互装配及相互反应的表现和结果.只要能够获得它们在蛋白质组上的差别或变化的足够信息，就能够指证这个细胞或生物体所处的状态，以及它们的状态是正常或是异常，甚至常常可能找到其异常的原因.因此，差异蛋白质组学的研究在疾病的早期

诊断、病程及疗效监测、环境因素影响分析等方面的应用价值是不言而喻的.例如目前对疾病特别是肿瘤的早期标志蛋白分子（biomarker）的筛选已在世界范围内形成热潮.以这类标志分子（主要是蛋白质）为依据的分子诊断技术将形成未来临床诊断的主流，而这又会有力地促进网络辅助医疗诊断的发展，使整个医疗事业的面貌发生巨大的变化，这种前景的到来已为时不远.此外，在农业育种、基因工程产物的鉴定、食品蛋白质评价等方面，差异蛋白质组学也有着

广泛的应用前景.这除了样品的选取不同外，在研究方法上与上述的biomarker筛选并没有什么不同.

"差异蛋白质组学的研究方法

".#双向电泳双向电泳仍是目前可以覆盖最多蛋白质的技术，因此也仍是差异蛋白质组学研究的重要手段之一.蛋白质点（Spot）自动识别和相对完备的双向电泳数据库有助于不同样品之间的比较研究.而新近设计的用不同荧光标记的2组样品在同一胶片中电泳的方法，将可能进一步提升双向电泳在差异蛋白质组学研究中的作用［8］.

560北京师范大学学报（自然科学版）第38卷