Nature年度技術：定向蛋白質組學

日期：2013-01-03 09:06:06

時近歲末，各大雜志接連進行了年終盤點，此前出版的《Nature》雜志也對2012年進行了回顧，評點了2012年的科技進展，科技政策以及重要人物，中國科學家王俊入選了人物篇。同時《Nature Methods》也盤點了今年與明年的技術熱點，選出了2012年度技術成果：定向蛋白質組學（targeted proteomics）技術。

今年Nature Methods挑選的年度技術與往年都不同，往年強調的是非常新的尖端技術，比如2007年的新一代測序技術，2008年的超高分辨率顯微鏡，以及2010年的光遺傳學技術。從廣義上講，定向蛋白質組學分析技術其實可以追溯到上個世紀60年代出現的放射免疫分析技術（radioimmunoassay，RIA）?？贵w試劑早已被認為是不可或缺的研究工具——能幫助生物學家從復雜生物樣品中，篩選出興趣蛋白，或者從組織切片或Western Blot實驗中檢測他們的蛋白。

定向蛋白質組學技術的誕生

在現代研究技術，如熒光顯微鏡，流式細胞儀和蛋白質芯片技術中，抗體仍然扮演著非常重要的角色。但依賴于抗體的蛋白質檢測存在一些缺點，其中最大的限制就是，抗體的可用性和質量差別很大。一些大規模項目，比如人類蛋白質圖譜（Human Protein Atlas），Antibodypedia，以及美國NIH研究院的Health Protein Capture Reagents Program等，都在通過分析人類蛋白靶標有關的抗體的系統生發和特征，來尋找解決這些問題的方法。

不過還有另一條路——質譜，這也許是蛋白組學研究中最熟悉的一種技術了，這種方法能用于特異性分析靶標興趣蛋白。在最成熟的定向分析技術，也就是選擇反應監控技術（selected reaction monitoring，SRM）中，一種稱為三重四極桿質譜儀（triple quadrupole）技術的質譜方法能檢測到獨一無二的特異性肽段，幫助研究人員高靈敏度，可重復性的定量監測這些蛋白。同期Nature Methods雜志的另外一篇“Mass spectrometry–based targeted proteomics”文章，簡要介紹了這項技術的總體情況，對比介紹了以發現為基礎的蛋白質組學分析的定向質譜技術流程，作為一種入門材料，值得一看。

定向蛋白質組學技術的優勢

質譜方法比抗體方法更先進的一個原因，就是目前已經開發出了一種新的定向分析技術，比生產一個新的抗體要快得多，并大大減少了檢測特異性方面的問題（抗體方法存在交叉反應的問題）。

雖然抗體方法在低豐度蛋白的檢測方面更加靈敏，但是質譜技術的一個明顯優勢就是能在單個實驗中檢測多種蛋白，比如說，系統生物學研究人員可以了解到一蛋白網絡中蛋白水平的波動，或者臨床研究人員能檢測到某種疾病狀態下，一組生物標記物的變化情況。

技術發展

以質譜為基礎的定向蛋白質組學研究領域的發展歷程并不短，早在上個世紀70年，三重四極桿質譜儀就已經出現，并在80年代首次在發表的文章中，證明可以被用來檢測肽段。

過去幾年間，更廣泛的范圍內定向質譜技術的應用迅速攀升，而且新方法，新工具，新資源和新一代方法，也令更多研究領域的科學家們能利用到這項技術。另外一篇文章：“Targeted proteomics”介紹了質譜為基礎的定向蛋白質組學技術在生物學實驗室中的重要性。

提高操作性

質譜為基礎的蛋白質組學過去一直被認為過于復雜，難以操作，像是以發現新蛋白為基礎的蛋白質組學實驗室，就需要十分熟練的生物信息學研究人員從數據中提取可靠的結果。但是，定向質譜實驗易于操作，一旦建立了可靠的蛋白分析方法，那么數據分析就比較簡單了。而且利用定向方法，研究人員也能進行原理上不同種類的實驗。在“Proteomics meets the scientific method”這篇文章中，Ruedi Aebersold, Paola Picotti 和Bernd Bodenmiller介紹了在以假設為基礎的研究中，質譜分析的重要性，這也許最終能代替基礎實驗室中繁重的Western blot實驗。

Nature Methods也指出，雖然他們的重點是基礎生物學的研究方法，但也不能忽視這種定向質譜方法在臨床蛋白質組學研究中的重要性，Steven Carr和Michael Gillette 在“”這篇文章中，探討了選擇反應監控技術如何靈敏檢測血漿和組織中的蛋白，以及如何適用于人類疾病候選生物標記物的驗證上。