蛋白质芯片的应用

蛋白质芯片技术具有快速、并行、自动化和高通量的特点，它能同时对全基因组水平的上千种不同蛋白质进行分析，是蛋白质组研究的重要手段。目前已经广泛应用于蛋白质表达谱的分析、蛋白质功能、蛋白质-蛋白质间相互作用的研究、临床疾病的诊断和疗效评价、药物新靶点的筛选和新药的研制等各个领域。

(一)在基础研究中的应用

蛋白质芯片通过标记可能存在的反应性的蛋白质(如配体、酶等)以及使用特异性抗体和质谱，检测和筛选多种蛋白质之间的相互作用。其应用的范围包括抗体-抗原相互作用、蛋白质-蛋白质的相互作用、酶-底物相互作用、配体-受体相互作用、高通量的蛋白质表达筛选及检测翻译后修饰等。

1.抗原-抗体反应筛选　将大量不同的抗体按照一定的顺序排列固定于固体支持物上，同时保留其抗原结合能力，制成抗体芯片。利用该抗体芯片与预先标记的细胞裂解产物进行反应，就可筛选出存在于细胞裂解产物中的所有能与抗体阵列反应的抗原，从而能够分析细胞内相关蛋白质的表达情况。二维电泳是现在通用的分离复杂样本中蛋白质的技术，但是过程比较复杂，而且可重复性存在一定问题。抗体阵列能够与细胞裂解产物直接反应，比二维电泳方便快捷，得到的信息更多，但灵敏度仍需进一步提高。

2.蛋白质表达筛选　将cDNA文库克隆到原核表达载体，并用仪器将其克隆菌落排列在微量滴定板上，再转移到聚偏二氟乙烯膜。第一轮筛选：用抗体与膜上的蛋白质反应，筛选反应阳性的克隆。第二轮筛选：小规模的蛋白质表达在微量滴定板上进行，再用蛋白电泳、亲和层析、质谱分析表达产物的大小、产量、纯度、溶解度。同时对克隆的表达水平进行分析，以发现最适于高通量结构分析与功能筛选的克隆。第三轮筛选：在微量滴定板上对蛋白质功能进行分析。

(二)在临床研究中的应用

蛋白质芯片在识别特定组织或细胞的蛋白质表达图谱、进行蛋白质水平的药物筛选、比较相关蛋白间的特异性差异、揭示蛋白酶的作用、测定血清中的小分子物质含量等方面较现有技术更准确迅速。

1.发现新的疾病标志物作为临床诊断的指标　利用蛋白质芯片对组织、细胞或体液中蛋白质表达的整体变化进行图谱分析，可获得蛋白质水平上的总体表达情况，通过所谓表型指纹(phenomic finger print)的检测，即样品中与某种疾病或环境因素损伤可能相关的全部蛋白的含量变化进行检测，可以更可靠地开展疾病的诊断或筛查。

蛋白质芯片技术在肿瘤研究领域进展最快。随着肿瘤细胞的发生，肿瘤患者体内某些蛋白质会发生上调或下调，或产生新的与肿瘤关联的异常蛋白，而蛋白质芯片技术可以描绘出患者体液中所有蛋白质表达情况。根据正常与异常的蛋白质表达谱的差异，从而建立肿瘤的指纹谱。指纹谱的优点是不受任何单个肿瘤标志物的特异性灵敏度的限制，可以及早地反映肿瘤的发生、发展情况，对肿瘤的早期诊断、病情监测、疗效评估及预后均有重要意义。目前，将蛋白质芯片用于肿瘤研究已经发现了包括与卵巢癌、前列腺癌、乳癌、膀胱癌、肺癌等相关的蛋白，并在肿瘤发病机制的研究领域亦取得了相当的进展。

2.对疾病病理分子机制的研究　蛋白质芯片对分子机制的探讨主要围绕病变细胞接受和传递环境刺激的分子信号途径以及在生物个体的生理和病理状态下这些刺激对蛋白质表达的调控途径，是目前肿瘤细胞信号转导应用研究中进展较快的领域。

3.筛选药物靶点　在新药研究中蛋白质芯片方法主要应用于受体或标志物的鉴定，以及受体的评价及毒理学、药物代谢产物的研究。通过对比健康状态与疾病状态的细胞或组织的蛋白质表达差异，可用于药物研究或药物受体的研究，或通过药物治疗前后蛋白质表达状况的分析，以评价药物类似物的结构与活性关系，寻找高活性的药物。蛋白质芯片还用于药物毒性的研究，对正常组织或已知毒性试剂处理的组织其蛋白质表达情况进行比较，可以表明药物的毒性及活性。

4.新药研制方面的应用　通过蛋白质芯片观察因药物暴露而诱导的基因表达谱，从而在药物开发的早期阶段进行各种正确的毒理学检测。毒性是由于药物与特定蛋白质之间的相互作用所致，所以该蛋白质一旦被鉴定出来，就可以将它排列在芯片上，然后用各种待选化合物同时与之反应，通过观察每一种待选化合物与芯片的反应情况，筛选感兴趣的化合物。

总之，蛋白质芯片技术从产生至今已有了很大的发展，随着对蛋白质结构和功能认识的不断深入，以及其他辅助学科和技术的发展和成熟，蛋白质芯片技术将会在生命科学领域发挥重要的作用。