《自然》子刊专题：蛋白质组学中的质谱

　　生物通报道：涉及到蛋白质组学分析的研究人员都知道蛋白质组学研究的技术路线有两条，一条是以双向电泳加生物质谱的方法鉴定生物体系中各种蛋白的表达谱以及各蛋白表达程度的相对变化，另一条路线就是多维色谱与生物质谱相结合的称之为鸟枪法的技术路线。其中质谱分析技术（Mass spectrometry，MS）是蛋白质组学常用的研究手段，这是一种通过正确测定蛋白质分子的质量而进行蛋白质分子鉴定、蛋白质分子的修饰和蛋白质分子相互作用的方法，由离子源、高通量分析仪和检测仪组成的体系。

本期的《Nature Methods》专题中，以“mass spectrometry in proteomics”为题总结了近期有关蛋白质组学质谱研究在样品制备，设备更新，生物信息学分析方法等方面的进展。以下内容编译来自编辑Allison Doerr撰写的主题文章。

质谱分析技术技术一经引用到蛋白质组学研究，就快速成为了一种强大有力的工具，目前没有其它技术可以在高通量和分子信息含量方面与之媲美，这对于蛋白质组学研究来说是一个激动人心的时刻。

但是一直以来，质谱是化学家，而不是生物学家的研究工具，在与蛋白质组学研究人员的交谈中，我们了解到这种存在于质谱学家与即将应用这种技术的细胞生物学家之间的“技术鸿沟”还是相当大的，这一有关质谱技术的专题就来源于此，我们希望质谱学家与细胞生物学家能相互理解各自的需要，以便更好的发展和利用这一技术。

一些细胞生物学家曾成功的将质谱技术运用到了他们的研究中，因此对如何利用质谱，以及如何正确使用质谱都有了一定认识，以下的文章“The protein microscope: incorporating mass spectrometry into cell biology”中就有提到，其它的一些评论文章在将质谱技术与临床研究相结合方面提出了一些见解。

蛋白质组学应用正如其研究方法一样纷繁复杂，我们当然不可能提供一个这一领域的完整总结，我们的目的是提及一些目前已经建立完备，最尖端的蛋白质组学质谱分析方法，希望能帮助细胞学家不仅了解这一技术的好处，也知晓这种技术的限制性。
（生物通：张迪）

文章链接：

Focus on mass spectrometry in proteomics p781
Allison Doerr
doi:10.1038/nmeth1007-781
Full text | PDF (112K)

Commentaries

The protein microscope: incorporating mass spectrometry into cell biology pp783 - 784
Alexander W Bell, Tommy Nilsson, Robert E Kearney & John J M Bergeron
doi:10.1038/nmeth1007-783
Abstract | Full text | PDF (89K)  | Supplementary Information

Proteomics from the clinical perspective: many hopes and much debate pp785 - 786
Laura Beretta
doi:10.1038/nmeth1007-785
Abstract | Full text | PDF (79K)

Reviews

Analysis and validation of proteomic data generated by tandem mass spectrometry pp787 - 797
Alexey I Nesvizhskii, Olga Vitek & Ruedi Aebersold
Published online: 27 September 2007 | doi:10.1038/nmeth1088
Abstract | Full text | PDF (576K)  | Supplementary Information

Mapping protein post-translational modifications with mass spectrometry pp798 - 806
Eric S Witze, William M Old, Katheryn A Resing & Natalie G Ahn
Published online: 27 September 2007 | doi:10.1038/nmeth1100
Abstract | Full text | PDF (350K)

Mass spectrometry–based functional proteomics: from molecular machines to protein networks pp807 - 815
Thomas Köcher & Giulio Superti-Furga
Published online: 27 September 2007 | doi:10.1038/nmeth1093
Abstract | Full text | PDF (1,125K)

Perspectives

Decoding protein modifications using top-down mass spectrometry pp817 - 821
Nertila Siuti & Neil L Kelleher
Published online: 27 September 2007 | doi:10.1038/nmeth1097
Abstract | Full text | PDF (1,088K)

Activity-based protein profiling for the functional annotation of enzymes pp822 - 827
Katherine T Barglow & Benjamin F Cravatt
Published online: 27 September 2007 | doi:10.1038/nmeth1092
Abstract | Full text | PDF (510K)

MALDI imaging mass spectrometry: molecular snapshots of biochemical systems pp828 - 833
Dale S Cornett, Michelle L Reyzer, Pierre Chaurand & Richard M Caprioli
Published online: 27 September 2007 | doi:10.1038/nmeth1094
Abstract | Full text | PDF (637K)

附：
质谱技术原理与方法简介


质谱方法(Mass Spectroscope,MS)是通过正确测定蛋白质分子的质量而进行蛋白质分子鉴定、蛋白质分子的修饰和蛋白质分子相互作用的研究。质谱仪通过测定离子化生物分子的质荷比便可得到相关分子的质量。但长期以来，质谱方法仅限于小分子和中等分子的研究，因为要将质谱应用于生物大分子需要将之制备成气相带电分子，然后在真空中物理分解成离子。但如何使蛋白分子经受住离子化过程转成气相带电的离子而又不丧失其结构形状是个难题。20世纪70年代，解吸技术的出现成功地将蛋白分子转化成气相离子。尔后快原子轰击与其紧密相关的溶液基质二次离子质谱法使得具有极性的、热不稳定的蛋白分子可经受住电离过程。但这些方法仅限于10kD以下蛋白分子的研究。80年代电喷雾电离(ESI)和软激光解吸(SLD)电离技术的发展则使得质谱方法应用于高分子量蛋白分子的研究。

电喷雾电离(ESI)原理可按电荷残留模型予以描述，带电液滴蒸发，液滴变小，液滴表面相斥的静电荷密度增大。当液滴蒸发到某一程度，液滴表面的库仑斥力使液滴爆炸。产生的小带电液滴继续此过程。随着液滴的水分子逐渐蒸发，就可获得自由徘徊的质子化和去质子化的蛋白分子。针对电喷雾电离所产生的多电荷状态，Fenn将多电荷状态理解为对分子质量进行多次独立的测量，并基于联立方程解的平均方法，获得对分子质量的正确估量，解决了多电荷离子信息的问题，使蛋白分子质量测量精度获得极大的提高，并于1988年首次成功地测量了分子量为40 kD的蛋白质分子，精确度达到99.99%。

软激光解吸(SLD)是指从激光脉冲中获得能量后，样品分子以完整的低电荷分子离子释放，然后由电场加速。运用激光解吸电离蛋白分子时，激光的能量和波长、化学/物理基质的吸收和热传递特性，与基质中分析物的分子结构之间需要作合理的选择调配。Tanaka选用了低能量氮激光和含有胶状颗粒的甘油作基质，成功地测定了高分子量的糜蛋白酶原、梭肤酶-A以及细胞色素。由于Tanaka成功的开创性工作，SLD技术迅速发展。目前占主导的方法是基质辅助激光解吸电离(MALDI)。这一方法是将样品掺入一种低分子量的结晶基质，基质的最大吸收与激光脉冲波长匹配。由于MALDI产生的是低电荷的完整气相大分子，可用于检测纯度不高的生物分子。MALDI与飞行时间(TOF)联合已经成为鉴别大分子的重要方法，成为鉴定细胞内蛋白组分不可或缺的研究手段。