蛋白質組學和人類疾病的關系

隨著基因組測序工作的進展，人們開始越來越關注一個問題，那就是所有這些基因編碼的蛋白的功能是什么？這個問題的提出使得蛋白質組學(proteomics)變得越來越重要。那么，什么是蛋白質組學呢？這個概念zui早是在1995年提出的，它在本質上指的是在大規模水平上研究蛋白質的特征，包括蛋白質的表達水平，翻譯后的修飾，蛋白與蛋白相互作用等，由此獲得蛋白質水平上的關于疾病發生，細胞代謝等過程的整體而全面的認識。蛋白質組的研究不僅能為生命活動規律提供物質基礎，也能為眾多種疾病機理的闡明蛋白質組學及攻克提供理論根據和解決途徑。通過對正常個體及病理個體間的蛋白質組比較分析，我們可以找到某些“疾病特異性的蛋白質分子”，它們可成為新藥物設計的分子靶點，或者也會為疾病的早期診斷提供分子標志。確實，那些世界范圍內銷路的藥物本身是蛋白質或其作用靶點為某種蛋白質分子。因此，蛋白質組學研究不僅是探索生命奧秘的必須工作，也能為人類健康事業帶來巨大的利益。蛋白質組學的研究是生命科學進入后基因時代的特征。

蛋白質組學研究的基本技術對于蛋白質組學的研究來說，它的zui基本的實驗手段就是利用雙向凝膠電泳，在整個基因組水平上檢測蛋白質表達的情況。雙向凝膠電泳首先利用等電點聚焦來分離不同等電點的蛋白，再利用SDS－PAGE來分離不同分子量的蛋白，其分辨率是非常高的。微克級的蛋白質就可以被很好的分辨開了，如在微克級水平上，有人從一個蛋白混合物中zui多分開了11200種蛋白質，數量是非常可觀的。因而，微克級的蛋白的雙向凝膠電泳常被用來初步檢測表達或修飾有變化的蛋白。然后，同樣的蛋白混合物樣品可用于毫克級的2DE，這樣，電泳圖譜上的每一個多肽就可被純化并進行下一步的分析，如質譜，末端或中間的氨基酸序列分析等。
僅僅進行雙向凝膠電泳顯然是遠遠不夠的，因為由雙向電泳得到的蛋白質表達情況的變化并不能和具體的何種蛋白表達出了變化起來。而一些如蛋白質印跡或凝集素親和印跡等傳統技術對于這方面的信息也幫助不大。為了鑒定這些由電泳得來的蛋白，質譜被廣泛應用在蛋白質組學中。對于蛋白質的鑒定，有兩種方法用的，即MALDI－MS ( matrix-assisted laser desorption ionization)和ESI－MS (electrospray ionization)。這兩種方法各有自己的 適用范圍，通常前者對于分析高分子量的蛋白更有效，而后者對于蛋 白的檢測靈敏度更高，常可達到飛克級水平以下。質譜可以用于蛋白質分析主要是因為它可以提供特定蛋白的不同方面的結構信息，如它可直接測定蛋白或多肽的分子量信息，也可用來獲得一些蛋白質序列信息等。同時，質譜也可通過多肽片段分子量的改變來得到一些關于糖型，磷酸化和其它翻譯后修飾的數據。因此，質譜對于蛋白質的鑒定是非常重要的，而它的進展也無疑會大大促進蛋白質組學的研究進展。單個的疾病相關蛋白的尋找在疾病發生過程中，由于和疾病相關的遺傳信息的變化常常會導致蛋白的種類和數量發生變化，而這些變化是可以被高解析度的雙向凝膠電泳所檢測到的，這就是利用蛋白質組學尋找和鑒定疾病相關蛋白的依據。

疾病相關蛋白的整體研究對于大多數疾病來說，疾病造成的往往不只一個或幾個蛋白的變化，參與疾病過程的蛋白的數目也是很大的，因此除了通過雙向凝膠電泳來尋找與疾病相關的單個蛋白外，通過蛋白質組對表達情況有變化的蛋白在整體水平上的研究同樣是非常重要的。目前，在利用雙向凝膠電泳進行的蛋白整體水平的研究方面，擴張性的心肌病(Dilated cardiomyopathy, DCM)是一個較好的例子。

病原微生物的蛋白質組學分析近幾年來，關于傳染病的研究變得比原來更為重要。一些新的傳染原，如Borrelia burgdorferi，HIV，Ebola病毒等的出現，使得一些原來認為已被控制的疾病如結核，多抗藥性的鏈球菌屬感染等又有所增加。