蛋白质微阵技术的原理

蛋白质微阵或蛋白质芯片就是利用基质成分（如多聚赖氨酸、乙醛、镍、环氧树脂、生物素和硝酸纤维素等）将蛋白质固化于不同材料上，如玻璃、多孔凝胶垫和微孔板等，采用荧光或放射性探针标记检测、表面增强飞行质谱（surface－enhancedlaser desorption／ionization，SELDI）、原子力显微镜（atomic force microscopy，AFM）、表面激源共振生物传感器（surface plasmon resonance，SPR）等手段对蛋白质与其识别元素的相互作用进行检测分析。

与DNA微阵不同，蛋白质微阵仍存在一些问题。寡核苷酸微阵技术的基础是互补序列通过Watson－Crick碱基配对进行杂交，而蛋白质却不与互补序列杂交。寡核苷酸微阵中的靶标与探针的一一对应关系在蛋白质组学研究中是不可行的。但仍有若干实验室正在开发通过蛋白质或肽与微阵中不同识别元素专一相互作用，进行蛋白质分析。

蛋白质有若干不同的可能识别元素，包括选择性结合较低的分子到选择性结合高度专一的分子。前者包括离子交换介质（通过在特定溶液条件下的电荷结合的蛋白质或肽）和固定化金属亲和配基（他们识别某些蛋白质功能基因，如磷酸丝氨酸、磷酸苏氨酸和磷酸酪氨酸）。后者包括直接识别蛋白质的抗体。直接识别特定蛋白质序列表位的mAb对其靶蛋白质有高度的选择性。核酸结合子（aptamer）是蛋白质或肽的另一类高选择性识别的分子。结合子是不同的寡核苷酸序列，可识别三维空间结构排列独特的氢键供体和受体，因而不同的寡核苷酸序列可能专一地与特定结构的蛋白质或肽结合。

在蛋白质组分析中许多识别元素已用在从复杂混合物中抽提特定蛋白质和肽的操作中。例如，抗体微阵可用来捕获各种与抗体结合的蛋白质。因此，用蛋白质微阵（如荧光标记二级抗体）可提供对特定蛋白质的高灵敏度和高通量的筛选。除捕获蛋白质外，蛋白质识别元素微阵还可以与多种分析手段（如质谱、ELISA及荧光分析等）结合直接对分离的蛋白质进行分析鉴定。当然，这种方法的成功使用取决于对靶蛋白质的专一性和亲和力、抗体吸附化学对抗体效率的影响，以及抗体与靶蛋白质结合条件的严格性。

对蛋白质组学来说，蛋白质微阵技术不仅可作为采集蛋白质组的工具，还可用于研究蛋白质－蛋白质相互作用以及药物和其他化学或物理因素对蛋白质相互作用的影响。应用蛋白质微阵的优势有：①将以前所未有的规模同时筛选大量蛋白质－蛋白质，蛋白质－核酸及蛋白质－小分子的相互作用和翻译后修饰等；②样品需要量少；③容易控制实验的离子浓度、缓冲液pH及反应的共同作用因子等，试验可重复性好。但这一技术也存在一些缺陷，限制了其潜在作用的完全发挥。这些限制因素包括生成足够量的蛋白质、在固化过程中保持蛋白质的活性和功能，以及提供所需的相对和绝对灵敏度等。

蛋白质微阵分析可应用于蛋白质的分离和鉴定、蛋白质相互作用、药物和其他化学或物理因素对蛋白质相互作用的影响以及蛋白质功能分析等方面。虽然目前还有一些限制阻碍了这一技术的广泛应用，但是相关技术的发展，如新的蛋白质固化技术、检测技术的开发、在芯片上生成蛋白质及大规模生成完整表达的链等，将促进蛋白质微阵技术在蛋白质组学研究中的进一步应用。