《PLOS ONE》:廉價、快速和詳細的蛋白質分析新技術

日期：2014-03-26 08:55:10

蛋白質是幾乎所有生命過程的重要參與者，包括細胞生長、修復和信號轉導，化學反應催化和防御感染。因此，只要能夠在臨床上鑒定和評估它們，蛋白質就能夠提供健康和疾病的重要標志。

對用于治療和診斷目標的蛋白質進行準確定性，一直是醫學界的一個巨大挑戰。亞利桑那州立大學生物設計研究所生物標記物實驗室的研究焦點在于，利用質譜分析法（mass spectrometry，MS）——詳細調查蛋白質結構的強大工具——分析蛋白質。

這一領域的先驅者Randy Nelson是研究的指導者，研究人員利用質譜免疫（MSIA）技術——一種高通量的蛋白質定量技術，獲得了詳細的蛋白質信息，包括翻譯后修飾和遺傳變異。當前，該研究小組的重點是，開發新的分析方法，尋找癌癥、糖尿病和心臟病相關的蛋白質生物標記物。

相關研究結果發表在2014年3月24日的《PLOS ONE》雜志，第一作者Paul Oran博士及其同事證明了MSIA平臺的力量。研究報道了一種高通量方法，可以每天超過1000份人組樣本的速度，定量和定性胰島素樣生長因子1（IGF1）。IGF1是參與人類生長障礙以及某些類型癌癥的一種關鍵蛋白質。

胰島素樣生長因子1是一個70氨基酸的蛋白質，參與細胞生長、分化和轉化。大多數IGF1是由肝臟分泌，起內分泌激素的作用。Oran指出：“幾十年來，研究人員一直很難準確地量化IGF1，這種用于診斷各種生長障礙的重要分子。”

這項新研究提供的質譜法IGF1試驗，可望有一天能夠用于臨床，此外，研究還首次報道了這項新技術是如何的高效和劃算。在研究中，研究人員能夠在一天內分析超過1000個樣本（最終臨床應用所需要的一個里程碑）。Oran博士表示：“這是第一次證明能以這個速度和成本運行、用于IGF1的靶向蛋白質組學MS試驗。”

質譜法可以很容易地在蛋白質水平上識別表達的遺傳變異（例如單核苷酸多態性SNPs）。這樣的變化可能會改變或抑制所產生蛋白的功能。此外，質譜分析可以找出翻譯后修飾后發生的一些變化。

與翻譯后蛋白改變相結合的一個已知基因多個變異的復雜情況，被稱為微觀不均一性（Microheterogeneity）。產生的蛋白質變體在各種疾病中發揮重要的作用，但是研究人員一直很難識別這些變體。當前許多蛋白定量的臨床標準是酶聯免疫吸附測定法（ELISA）。

然而，質譜法能分析關鍵蛋白，而ELISAs卻不能。在ELISA檢測中，微觀不均一性也會產生干擾，使實驗出現機械故障，產生虛假讀數。質譜法分析能夠解決干擾問題，還能產生ELISA不能獲得的豐富的蛋白信息。Oran稱：“如我們和其他人已經多次看到的，微觀不均一性與許多疾病形式有關。”生物通 www.ebiotrade.com

質譜儀是一種能夠生成樣本中所含分子的分子量光譜的分析儀器。一旦準備在質譜儀上進行樣品分析，那么就可以通過蛋白及其變體獨特的質量電荷比，將它們進行分離和分類，這提供了一種分子指紋。

在本研究的情況下，在血液中檢測到的IGF1分子，通常會結合兩種其他蛋白質。Oran稱：“為了準確地量化這種分子，我們必須先破壞這種復合物，這樣我們才能得到整個IGF1的準確讀數。”

本研究描述的這種平臺，是一種所謂的“自上而下”的蛋白質定量分析方法。用蛋白酶（如胰蛋白酶）消化蛋白質，提取得到的小肽片段用于質譜法分析是“自下而上法”，與此不同，“自上而下”法能夠捕獲一個完整長度的蛋白質和任何完整的蛋白質變體，使研究人員能夠快速地分析蛋白質及其變體。Oran稱：“其他那些‘自下而上法’難以確定，從而會忽視微觀不均一性，成本大幅度增加，并且每個樣本需要更多的時間和勞動力。”

在目前的研究中，研究小組在9小時內量化了1,045個人組樣本，產出率可與ELISA相提并論，同時，只有通過質譜法才能提供關于IGF1蛋白的更詳細信息。新方法還在大約1%的測試樣品中，檢測到了突變。