聚焦08突破：定量蛋白质组学

定量蛋白质组学正在被大规模应用，来解决干细胞、细胞通路等研究中各种有趣的问题。归功于SILAC技术，2008年有了很多蛋白质组方面的研究成果被报道。

　　

质谱用于蛋白质鉴定已经成为常规技术，目前还广泛应用于蛋白质组学研究中。但是为了深入了解复杂系统的生物学机理，我们还需要掌握关于蛋白表达水平的更多信息。不幸的是，质谱不能定量。

因此，在过去的十几年，蛋白质组研究人员发明了一系列的稳定同位素标记策略，来获得定量信息。这些方法能用于研究干扰、抑制剂的效果；比较两种疾病状态；确定蛋白在复合物中的量；甚至监测蛋白质组随时间变化的情况。同时也归功于仪器和生物信息学上的不断发展，2008年许多重要的蛋白质组研究成果被报道，尤其是利用代谢标记技术如2002年Matthias Mann发明的SILAC。

2008年，Mann的小组及其他小组的研究表明，SILAC能用于整个小鼠的同位素标记，研究细胞周期中磷酸化的动力学，以及microRNA对胞内蛋白质组的影响，并比较了单倍体和二倍体酵母的蛋白质组。

Mann小组通过给小鼠提供含有13C6赖氨酸的饲料，将SILAC方法拓展应用于体内研究。通过对小鼠饮食、生长发育、生育能力、活动和生理情况的观测，发现SILAC标记对小鼠后几代都无不利影响。在F2代小鼠体内，他们观察到13C6赖氨酸几乎标记了体内所有器官的蛋白质，使得对这一代和以后若干代小鼠进行定量的蛋白质分析成为可能。Krüger等人采用了三种基因表达缺陷的小鼠模型对上述方法进行了验证。在每个实验中，差异标记野生型小鼠和基因表达缺陷的小鼠，然后通过质谱检测明确证实了相关组织中相应蛋白质的表达缺失。最后，Krüger等人表明体内SILAC标记方法是一种多功能工具，能定量比较缺陷小鼠的蛋白质组，从而确定体内复杂环境中的蛋白功能（Cell. 2008 Jul 25;134(2):353-64.）。

Mann小组还培养出SILAC完全标记的胚胎干细胞，并结合双向电泳和LTQ-Orbitrap仪器，成功鉴定并定量出胚胎干细胞中出现的5111种蛋白质，这个数量是以前研究结果的三倍，是目前为止制作出的最大的蛋白质图谱。 这项研究有助于促进干细胞生物学研究发现新的线索，鉴于干细胞中至少表达了所有已知小鼠蛋白质的25%，这项研究体现出了这些重要细胞的复杂性。（Mol Cell Proteomics. 2008 Apr;7(4):672-83.）

英德两国的科学家则通过SILAC技术检验上千个蛋白表达情况与转染的miRNA或是内生的miRNA相对应的关系。研究结果证实，单个的miRNA可抑制上百个蛋白的表达，但是单个的miRNA对蛋白表达的调控并不是直接作用的。大量已知的miRNA结合位点比如seed sequence都参与人类蛋白表达的调控过程。（Nature 455, 58-63）

蛋白水平的绝对定量只能是在消化的蛋白样品中加入已知量的同位素标记肽段，这个概念最早由Steven Gygi在2003年提出。然而，除非出现了能代表所有蛋白的同位素标记酶解肽，否则蛋白质组的绝对定量还只是一个遥远的梦。

蛋白质组学正逐渐转变成一种工具，让科学家们在蛋白质水平解决如干细胞、信号通路等研究中更多富有挑战性的问题。

附：SILAC的基本原理是分别用天然同位素(轻型)或稳定同位素(重型)标记的必需氨基酸取代细胞培养基中相应氨基酸，细胞经5-6个倍增周期后，稳定同位素标记的氨基酸完全掺入到细胞新合成的蛋白质中替代了原有氨基酸。不同标记细胞的裂解蛋白按细胞数或蛋白量等比例混合，经分离、纯化后进行质谱鉴定。
（生物通 薄荷）