蛋白质芯片

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《命的化学 ) 0 1年 2生 20 l卷 2期

文章编号：∞一36 2 0 )r D5 - 1 O 13{ 0 1 0 a16 0 2 2

蛋白质芯片李民周宗灿

北京大学公共卫生学院毒理学系，北京 10 8 0 0 3)

关键词：白质芯片；白质相互作用蛋蛋中图分类号：Q 3 T 97

随着人类基因组计划 ( P)利实施， HG顺以生命活动的执行者—蛋白质为研究对象的蛋白质组学蛋白质芯片越来越显得重要…,构想和发展了快捷、效、并高并行、通量的蛋白质组检测新技术—高技术。 1 .蛋白质芯片的基本构成用于蛋白质组分析的抗体茜片

圈 1抗体蛋白质芯片的设计应用流程

蛋白质芯片是高通量、型化和自动化的蛋白微质分析技术。目前蛋白质芯片主要分两种：种 一

类似于 DN A芯片，即在固相支持物表面高密度排列的探针蛋白点阵，可特异地捕获样品中的靶蛋白，然后通过检测器对靶蛋白进行定性或定量分析 (图如 1:另一种就是微型化的凝胶电泳板。在电场作用 )下，品中的蛋白质通过芯片上的孔道分离开来，样经

要比 D A芯片复杂得多， N并且定位于固体表面的蛋白质易于改变空问构象，去生物活性。芯片制作失过程中保持蛋白质的生物活性 .为限制蛋白质芯成片发展的瓶颈技术。 Cp e, i￣s ms司是世 ih te Boyt公￣n e界上较早发展蛋白质芯片的公司，提出化学和生并

物化学蛋白质芯片两种类型。化学型蛋白质苍片的构想来源于经典色谱 (相层析、子交换层析、反离 金属整合层析等 )的介质。铺有相关介质的蛋白质

静共赜雾直接进人质谱仪中进行检测，确定样品中蛋芯片可以通过介质的疏水力、电力、价键等结舍以样品中的蛋白质，后经特定的洗脱液去除杂质蛋然白质的分子量及种类。就应用前景而言，们更关 人白质，而保留感兴趣的蛋白质=这种芯片特异性较注第一种芯片。2 1挥针蛋白的制备 .蛋白质芯片上的探针蛋差。生物化学型蛋白质芯片则是把生物活

性分子白可根据研究目的的不同，用抗体、原、体、 选抗受酶

等具有生物活性的蛋白质。由于具有高度的特异性 和亲和性，克隆抗体是比较好的一种探针蛋白，单用其构筑的芯片可用于检测蛋白质表达丰度及确定新的蛋白质。 基因工程抗体的发展使蛋白质芯片的提出和发展成为可能。噬菌体抗体库技术就是典型的代表。也可以利用其它的蛋白质文库制备探针蛋白， 如全合成人重组抗体库、菌体肚库、菌体表达文噬噬

(抗体、体、体等 )合到芯片表面，于捕获如受配结用样品中的靶蛋白。由于生物化学型蛋白质芯片具有高度的特异性及生物活性分子的多样性，应用范其围和应用前景都明显优于化学型蛋白质芯片。但目前该公司所生产和推广的蛋白质芯片大多数还局限

于化学型芯片。 U t e z等使用酵母双杂交系统构筑了蛋白质芯片。此方法实际上是 9 6孔板的扩大化， 在玻片表面高密度排列有 60 0个凹井，个凹井中 0每含有微量的酵母转化子、来检测酵母可能的全部用

0种库等。经蛋白质组技术如双相凝胶电泳技术分离得 60 0蛋白质之间的相互作用。这一研究的创新之处在于首次把蛋白质芯片的概念用于全基因组范围到的蛋白质作为抗原，固相化的抗原与抗体库孵把育，即可得到相应的单克隆抗体。 2 2芯片的制备 因为蛋白质要比 DN难合 A成，更难于在固相支持物表面合成，以蛋白质芯片所收穑日期￣0 1019 2 0 - -4

内的蛋白质研究。A e k v等 探针蛋白固定于 rn o 6把

微型聚丙稀酰胺凝胶块中构建蛋白质芯片、用电利泳原理捕获样品中与探针蛋白特异结舍的靶蛋白。 由于无法保持固体表面蛋白质的活性，得这些蛋使白质芯片无论从制作还是应用方面都要比 DN A芯片复杂得多。直到最近， e er Mabat h等才在蛋白质

李民(9 1舒一 )男 .,博士生}周宗灿，,男教授，本文联系作者

恩

《命的化学 ) o 1年 2生 2o 1卷 2期芯片制作方面获得突破性进展。他

们首先在玻片表 面覆盖一层牛血清白蛋白 (血清白蛋白可以提供 牛亲水性表面防止点于其上的探针蛋白变性 )然后用，

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准确可靠得多：此外，型指纹对监测疾病的进程表和预后，断治疗的效果也具有重要意义。蛋白质判芯片的探针蛋白的特异性高、和力强，其它杂质亲受的影响较低，因此对生物样品的要求较低，化了样简品的前处理，至可以直接利用生物材料 (样、甚血尿样、胞及组织等 )行检测由于蛋白质芯片的高细进

机器^把探针蛋白点到玻片表面，成直径约 10~形 52 O微米高密度排列的点阵 ( O￣/ m )再利用 O 16 O, c ;

化学反应把探针蛋白锚定于 B A膜表面这一制作 S程序不仅引进了 D A芯片制作的机器人和普通商 N品化的玻片，且较成功地解决了固体表面蛋白质而活性的问题。

通量性质，快了生物标志物发现和确认的速度。加Cp egn Boytm ih re iss s公司利用蛋白质芯片检测了来 e

自于健康人和前列腺癌患者的血清样品，短短的在目前，吸附到蛋白质对三天之内发现了 6种潜在的前列腺癌的生物学标志。如果利用过去的方法，许要花费数月到数也年的时间。

2 3蛋白质芯片的检瓢 .

芯片表面的靶蛋白的检测主要有两种方式。一种是

以质谱技术为基础的直接检测法， ih re iss Cp egn Bo y- 谱技术 ( E DI O . )使靶蛋白离子化，分析 S L - F MS, T以蛋白质的分子量和相对含量。该公司通过该项技

tms公司采用表面增强激光解析离子化 - e飞行时间质 3 2用于矸究蛋白质相互作用 .

近年来，究蛋研

白质相互作用的主要方法是酵母双杂交系统技术。 该技术是体内方法，于操作实施并且应用范围广，易 但存在着许多局限性，假阴性和假阳性 .母体内如酵表达的外源蛋白质不能正确折叠，白质翻译后修蛋

术，功地检测到了纳摩尔的淀粉样 B蛋白( 9)成 A而且定量地评价了 Ae 0与 AB 2的比例，, 4 4为进一步研

究老年性痴呆的发病机理、展生物标志物及 1发 -

饰及表达过程的条件 (子浓度、在或缺失辅助因离存子、度等 )以控制等。蛋白质芯片技术由于是在温难体外条件下进行操作，直接检测目标蛋白质，需并不要酵母作为中介，突破了酵母双杂交系统技术的局限性 .必将成为研究蛋白质相互作用的理想工具。3 3用于发现药物或毒物新靶点厦其作用机帝矸 . 6

4 2分泌酶的特异抑制剂提供了基础。另外一种为蛋白质标记法，品中的蛋白质预先用荧光物质或样同位紊等标记，合到芯片上的蛋白质就会发出特 结定的型号， C D( hrecu l eie照相技术用 C c ag - pe d v ) o d c

及激光扫描系统等对信号进行检测。从定量及简便角度来讲该方法要优于前一种。与 DN A芯片一样， 蛋白质芯片同样蕴涵着丰富的信息量 .须利用专必门的计算机软件包进行图象分析、果定量和解释：结3蛋白质芯片的应用

究

疾病的发生发展与某些蛋白质的变化有关 .

如果以这些蛋白质构筑芯片 .众多候选化学物进对

行筛选，直接筛选出与靶蛋白作用的化学物，大大将推进药物的开发。另外，白质芯片有助于了解药蛋物或毒物与其效应相关蛋白质的相互作用。蛋白质芯片技术也允许对化学物 (物或毒物 )用机制细药作节不够清楚的情况下，接研究蛋白质谱，可能将直这化学物的作用和疾病联系起来，进一步建立和发并展外源化学物与蛋白质表达谱的数据库，进药理促学和毒理学的研究。

蛋白质芯片能够同时分析上千种蛋白质的变化情况 .得在全基因组水平研究蛋白质的功能 (酶使如活性、体的特异性、抗配体一体交互作用以及蛋白质受与蛋白质或棱酸或小分子的结台 )为可能 (图成如2。 )

参蛋白质一蛋白质

考

文

献

[]王志珍等。生物化学和生物物理学报，9 8 3 6: 1 19,0( )53— 5 9 3 3

圈 2蛋白质芯片的应用

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3] B r b e A l n n Td y 2O . 13 9 3 2 o e acC K n u￣ oa,O O 2:7— 8 r u[: Me hn^ e a l t p o *2 0, 1 16— 17 4 r a t I t L E e r h mi,0 0 2: l4 17 c co[] U t PeⅡ￣ tr,0 0 4 3 3 2 5 e c L J ue2 0,:—6 7 z C ' a 0[] A o k vPe a 6 rn o 1 t . B￣ e 2 O,7:2一 l I g h m,O O 2 8 13 3, 0 2 9 16— 1 6 2 0,8 7 0 7 3 0 7] M c e b GⅡ轴 abm L

3 1用于痍痛诊断和疗败判定，生物学标志的拴 .即刺蛋白质芯片能够同时检测生物样品中与某种疾病或环境因紊损伤可能相关的全部蛋白质的含量变化情况，即表型指纹 ( h n mi f g rr t。对于 p e o ci epi ) n n疾病的诊断或筛查来讲，型指纹要比单一标志物表

8] Fer E e w 。 1 9,0 19 - 1 0 ra R s L, 9 1: 9 7 5 9 6[: Sno Mo Me o a,99, 3 6 2 9 ei rK l dT d y 1 9 5:—3 7 2

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