蛋白质芯片的发展及应用VIP免费

医学理论与实践2010年第23卷第7期JMedTheor＆PracVot．23，No．7，Jul2010789·综述与讲座·蛋白质芯片的发展及应用刘辉琦刘杰综述王生兰审校青海大学医学院病理生理学教研室，青海省西宁市810001关键词蛋白质芯片发展应用中图分类号：R31，Q78文献标识码：A文章编号：1001—7585(2010)07-0789-04人类基因组计划已经完成，但目前许多研究表明，仅从基因组学的研究并不能得到生物功能的完整信息。蛋白质的翻译后修饰是影响蛋白质功能、亲和性及细胞丰度的关键因素。因此，相对于基因组学，1994年Wilkin和Williams首次提出了蛋白质组(proteome)的概念[1]。它的研究对象不再只是针对～种或几种蛋白质，而是着眼于全面性和整体性来研究体系内所有蛋白质的性质与功能。这就需要在DNA芯片的基础上建立一种高通量、快速、直接、高质量的微阵列方法来研究蛋白质。蛋白质芯片(proteinchips)或称蛋白质微阵列(proteinmi—croarrays)技术就是顺应这一需要而发展起来的。1蛋白质芯片的原理蛋白质芯片是将各种蛋白质有序地固定于滴定板、滤膜、载玻片等各种载体上成为检测用的芯片，然后用标记了特定荧光抗体的蛋白质或其他成分与芯片作用，经漂洗将未能与芯片上蛋白质互补结合的成分洗去，再利用荧光扫描仪或激光共聚焦扫描等技术，测定芯片上各点的荧光强度，通过荧光强度分析蛋白质与蛋白质(图1)[2]之间相互作用的关系，从而达到测定各种蛋白质功能的目的。从德国科学家Lueking等[3]最早开始研究至MacBeath等[4]成功制备了10800点的蛋白质微阵列，蛋白质芯片已走出基因微阵列的阴影，获得巨大的发展。归纳起来，蛋白质芯片主要有以下优点[5’6]：(1)蛋白质芯片上可以实现成千上万个蛋白质样品的高通量平行分析。(2)高的信噪比。(3)所需样品量极少，检测水平已达ng级。(4)在基因组和蛋白质组水平将DNA序列信息与蛋白质产物直接联系起来。2蛋白质芯片的分类2．1根据用途的不同蛋白质芯片可大概分为[7]：(1)蛋白质功能芯片：将天然蛋白、酶或酶底物点加在载体上制成芯片，可用来进行蛋白一蛋白、蛋白一多肽、蛋白一小分子、蛋白一DNARNA结合、蛋白一酶等反应的研究。(2)蛋白质检测芯片：将具有高度亲和特异性的探针分子(如单克隆抗体、小片段抗体、受体等)固定在载体上，用以识别复杂生物样品中的目标多肽、蛋白、抗原等。根据检测方法不同蛋白质检测芯片又可进一步分为正相蛋白质检测芯片和反相蛋白质检测芯片[8]。2．2根据芯片表面化学成分的不同蛋白质芯片分为[9]：(1)化学表面芯片：又可分为疏水、亲水、弱阳离子交换、强阴离子交换、特异结合等，用于检测未知蛋白，并获取指纹图谱。(2)生物表面芯片：分为抗体一抗原、受体一配体和DNA-蛋白质芯片等。2．3根据载体的不同蛋白质芯片分为[10J：普通玻璃载体芯片、多孔凝胶覆盖芯片及微孔芯片。近年还发展起来许多借助DNA芯片技术的蛋白质芯片技术，如通过特异性DNA结构域在DNA芯片表面制成的蛋白质芯片[111，通过mRNA-蛋白质共价交连融合技术制成的蛋白质芯片[121，自组装蛋白质芯片[13]。圈1蛋白质芯片所捕获的分子注：(a)抗原—抗体的反应；(b)抗原—抗体的夹心反应；(c)特异性的蛋白质之间的反应；(d)aptamers(合成的寡核苷酸、肽等物质)选择性地与他们的靶分子结合；(e)固定的激酶的底物被各自的激酶磷酸化f(f)配体一受体之间的反应。万方数据医学理论与实践2010年第23卷第7期JMedTheor&PracV01．23，No．7，Jul20103蛋白质芯片的应用3．1在分子生物学及生物化学基础研究中的应用3．1．1在蛋白质水平上检测基因的表达。由于基因转录产物mRNA数量并不能准确反映基因的翻译产物蛋白质的质与量，因此在蛋白质水平上检测基因的表达对于了解基因的功能非常重要。SELDI蛋白芯片技术提供了一种快速进行基因表达产物蛋白质的检测手段，其对蛋白质表达的检测非常灵敏，可以检测到attomole(10_18)的蛋白质含量，依此可了解正常和疾病状态或细胞在不同调节状态下蛋白质的表达谱，寻找与疾病或某种生理状态密切相关的标志蛋白质分子和标志蛋白质分子表达谱构成的表型指纹。3．1．2筛选抗原／抗体相互作用。Holt等[14]利用蛋白质芯片技术筛选能够相互结...