蛋白質組學的研究進展及應用

李為正

摘 要 21世紀是生命科學的時代。隨著人類基因組序列的完成，生命科學跨入后基因組時代，研究這些基因的表達和調控成為首要任務，所以，蛋白質組學的研究成為21世紀生命科學的戰略任務。蛋白質組學是研究生物體的全部或部分蛋白在生命活動過程中的作用與功能，可以說它是現代生物學研究的必備手段。本文通過分析蛋白質組學的內涵與研究進展，同時介紹了蛋白質組學的應用領域，來幫助人們更好地了解蛋白質組學的重要意義，推動蛋白質組學更好地發展。

關鍵詞 蛋白質組學；研究；應用

中圖分類號 R341 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）17-0045-02

1 蛋白質組學

1.1 蛋白質組學的概念

蛋白質組學（Proteomics，又稱作蛋白質體學）產生于20世紀90年代，是以生物體的全部或部分蛋白為研究對象，研究一個生物、一個細胞（組織）或基因組的蛋白質的變化規律的一門學科。蛋白質組學能夠在整體水平上研究蛋白質的表達和調控的水平和規律，目的是了解蛋白質間的聯系與相互作用，為生命活動規律提供理論和物質基礎，也為人類的健康事業帶來理論依據和解決方案。

隨著人類基因組序列的完成，生命科學的研究重心向基因的表達產物，即蛋白質的研究上轉變，蛋白質組學成為21世紀生命科學研究的戰略任務與重點。

1.2 蛋白質組學的研究內容

傳統的蛋白質研究注重的是單一的蛋白質的研究，而蛋白質組學注重的是生物體的全部或部分蛋白質的研究。隨著學科的逐步發展，蛋白質組學的研究內容也在不斷更新與完善。蛋白質研究中的翻譯后修飾研究成為蛋白質組學研究中的重要內容，是因為翻譯后修飾是蛋白質調節功能的重要方式。不同的細胞類型在發育期、成長期和不同病理條件下的基因表達是不同的，因此精確到細胞甚至是亞細胞上的蛋白質組學的研究是非常必要的。最后是二維電泳分離蛋白質。不同種類的蛋白質通過二維電泳按照等電點和分子量的差異進行分離，經過分離并進行技術處理的蛋白質就可以在質譜系統中得到分析，從而得到蛋白質的定性數據。

1.3 蛋白質組學的研究進展

蛋白質組學的首要任務是要建立以獲取并分析蛋白質的狀態與規律為基礎的技術。為了達到這樣的要求，就需要具備高通量的技術。在研究技術上，我國目前已經出現靈敏度高和高效的蛋白質分離鑒定方法，比如：二維色譜-串聯質譜（2D-HPLC/MS-MS）、電離飛行時間質譜（MALDI-TOF/MS）等，并獲得國際的認可，具有一定的優勢。其中電離飛行時間質譜（MALDI-TOF/MS）是近年來應用較廣的軟電離生物質譜，具有準確度高、分辨率高和費用低等特點。因此，蛋白質組學的發展與研究技術方法的不斷完善是分不開的。

目前，國內已有若干蛋白質組學研究重心或實驗室相繼成立，如復旦大學蛋白質研究中心，中國科學院蛋白質組學重點實驗室等，為我國蛋白質組學的研究提供了更為專業、更為便利的技術服務平臺。

1.4 蛋白質組學的研究意義

蛋白質是生理功能的執行者，是生命現象的直接體現者，對蛋白質結構和功能研究將直接闡明生命在生理或病理條件下的變化機制。蛋白質本身的存在形式和活動規律，如翻譯后修飾、蛋白質間相互作用以及蛋白質結構等問題，必須要依賴于對蛋白質組學的研究來解決。蛋白質組學使我們從綜合的和總體的角度，在分子水平上來研究和把握生命現象，這對于理解生命現象的本質，對于生命科學的每一個分支都將起到強有力的推動作用。幾乎所有的生理和病理過程，以及藥物和環境因子的作用都依賴于蛋白質，并引起蛋白質的變化。反之，對蛋白質組變化的分析也能提供對上述過程或結果的重要信息。任何一種疾病在表現出可察覺的癥狀之前，就已經有一些蛋白質發生了變化。因此尋找各種疾病的關鍵蛋白和標志蛋白，對于疾病的診斷、病理的研究和藥物的篩選都具有重要意義。

2 蛋白質組學的應用

隨著蛋白質組學研究技術的不斷發展，蛋白質組學的發展與應用也越來越廣泛，蛋白質組學影響著與生命科學或生活的許多方面。

2.1 蛋白質組學在基因組學中的應用

蛋白質組學的研究對象是生物體的全部或部分蛋白，因此它有助于分析確定基因組中的蛋白的數目和功能，幫助人類快速確定基因類型并確定具體方案。

2.2 蛋白質組學在藥物研究中的應用

蛋白質組學可用于研究與大多數藥物相互作用的蛋白分子，因為有些蛋白分子表達的變化對藥物作用有著直接或間接的影響。研究蛋白質組表達在藥物前后表達的不同可以評估藥物的效果和作用。研究表明，由乙醇引起的肝硬化模型在采用2-D凝膠電泳和串聯質譜技術下發現差異蛋白可能成為酒精性肝硬化的新藥靶點。研究蛋白質組學有利于發現新的藥物靶點，進一步清晰地闡明藥物的作用，為新藥的開發提供理論知識、實踐方法和解決方案。

2.3 蛋白質組學在疾病研究中的應用

蛋白質組學在疾病研究中的應用主要體現在發現新的疾病體現物和探索人類疾病的發病機制與治療方案和方法，在一定程度上能夠加深對疾病的認識和了解，也對疾病的預防與治療提供強有力的理論依據。蛋白質組學在疾病研究中的應用發展是較快的，前景也是較好的，許多疾病如惡性腫瘤、遺傳性疾病和神經系統疾病等通過蛋白質組學對其的深入研究，取得了很顯著的

效果。

在神經系統疾病中，阿爾茨海默氏病（Alzheimer disease）是老年人群中最常見的一種癡呆性疾病，嚴重危害著人們的健康，影響人們的健康質量和水平。PASINETTI等人在發現這些病人大腦皮質中某些基因產物的表達有所改變后，利用蛋白質組學研究證實蛋白質表達在疾病早期確實發生過改變。

2.4 蛋白質組學在植物中的應用

蛋白質組學的研究對象包括原核和真核微生物、動物、植物等范圍。蛋白質組學在植物中的應用主要體現在植物所在環境中的應答與適應機制、植物遺傳和細胞等。

3 結論

蛋白質組學是研究生物體的全部或部分蛋白在生命活動過程中的作用與功能，可以說它是現代生物學研究的必備手段，也是后基因組時代研究細胞、組織和生物個體蛋白質不可缺少的一門新的學科。同時蛋白質組學對生物體的生命現象的研究更直接，更直觀。隨著研究技術的不斷發展與成熟，蛋白質組學的研究成果在生命科學和生活的各個領域得到廣泛地應用，為進一步深入研究生命科學和生活的規律和變化提供了有力的科學基礎。

我們要看到，研究蛋白質組學有助于了解蛋白質結構間的關系、蛋白質與細胞間的功能轉變，而且揭示了疾病的發病機制和藥物的標志物，對疾病的早期診斷和治療、對藥物的開發與靶點等方面有重大的意義，為人類的健康發展提供科學堅實的保障。

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