【上海浦东解码生命科学研究院】蛋白质组学(Proteomics)检测介绍

   蛋白质组学，即以蛋白质组为研究对象，研究细胞、组织或生物体蛋白质组成及其变化规律。它是在细胞和组织的整体水平上，研究蛋白质的种类、表达，进而探究蛋白质表达的调节控制以及蛋白质之间的相互作用。蛋白质组的研究不仅能为生命活动规律提供物质基础，也能为众多种疾病机理的阐明及攻克提供理论根据和解决途径，不仅是探索生命奥秘的必须工作，也能为人类健康事业带来巨大的利益。

一.蛋白质定性分析

   蛋白质定性分析是指对蛋白质进行鉴定和序列分析。质谱技术具有较好的灵敏度、分辨率、准确度，利用质谱法鉴定蛋白质愈来愈广泛。

1.蛋白质全谱分析（shotgun）

   蛋白质全谱分析也可称为质谱shotgun分析，研究对象是完整的组织、体液或其提取物，其目的在于鉴定出尽可能多的肽和蛋白质分子，可研究与宏基因组或者宏转录组对应的复杂样品中蛋白质的表达。将溶液内蛋白质分子或SDS-PAGE条带的复杂混合物酶解成肽段混合物，通过液相色谱分离，串联质谱测试，最后用相应的数据库进行检索匹配，可同时鉴定成百上千种蛋白质。

技术优势：可全面鉴定整个细胞、组织或复杂混合样品的大量蛋白质；高通量，分离能力强；兼容性强，可分析蛋白质条带、组织提取液、全细胞裂解液、亚细胞分离组分等；自动化程度高。

应用领域：某一生理状态下组织、细胞或者细胞器中所有表达蛋白质的鉴定；对一些环境样本及肠道微生物等复杂样品中的蛋白质进行鉴定。

2.蛋白质胶条/混合液鉴定

   利用LC-ESI-MS/MS蛋白鉴定技术对胶条样本（即SDS-PAGE样本）、IP、co-IP、Pull-down等纯化溶液等中等复杂样本进行蛋白鉴定。

技术优势：适合中度复杂的蛋白质样品，如相互作用的蛋白质条带；高准确性，高灵敏度。

应用领域：蛋白质或多肽鉴定。

3.蛋白质胶点鉴定

   利用MALDI-TOF/TOF蛋白鉴定技术对考/银染的2D或DIGE胶点样本或者较纯的蛋白样本进行蛋白鉴定。

技术优势：适合较纯或比较单一的蛋白质样品，如双向凝聚电泳差异点，速度快，通量高。

应用领域：蛋白质或多肽鉴定。

二.蛋白质相对定量

   相对定量的目的是比较多个样本中目标蛋白的表达量的相对差异，而不需要知道它们在每个样本中的表达量。目前有多种技术可用于蛋白质相对定量。

三.蛋白质绝对定量分析

   目前基于质谱的绝对定量蛋白质组学研究主要是指靶向蛋白质组学。基于质谱的靶向蛋白质组学分析方法，由于没有物种限制并具备多目标同时分析能力等优势，在相关研究领域已逐渐受到越来越多的关注和应用。其技术方法包括SRM/MRM（选择性/多反应监视）和PRM（平行反应监视）。

1MRM/SRM（Multiple Reaction Monitoring/SelectiveReaction Monitor）

         MRM/SRM（多反应监测/选择反应监测）能对复杂混合物中目标蛋白质进行定量。MRM/SRM质谱基于已知或假定的反应离子信息，有针对性地选择数据进行质谱信号采集，对符合规则的离子进行信号记录，去除不符合规则离子信号的干扰，通过对数据的统计分析从而获取质谱定量信息。该方法首先检测到具有特异性的母离子，然后只将选定的特异子离子进行质谱信号的采集。通过对比已知浓度的标记标准品与待测样品目标离子峰面积信息，比较两者的信号强度值，推算分析物含量，实现目的蛋白质的绝对定量。

2PRM（Parallel Reaction Monitoring，PRM）

       PRM（平行反应监测）是一种基于高分辨、高精度质谱的离子监视技术，能够对目标蛋白质、目标肽段（如发生翻译后修饰的肽段）进行选择性检测，从而实现对目标蛋白质/肽段进行绝对定量。

相比于传统的MRM/SRM技术，PRM技术将采集二级信息所用的四级杆质量分析器替换为更高分辨、更高质量精度的分析器，实现了从目标离子对检测到全部目标离子碎片检测的转化。因此，PRM技术不仅具有SRM/MRM的靶向定量分析能力，还同时具备了定性能力。

四.蛋白质修饰分析

   生命进程不仅由蛋白质含量控制，同时也受可逆的翻译后修饰所调控，因此研究翻译后修饰的内在规律是解析复杂多样的生物功能的重要内容。由于蛋白质发生修饰后其分子质量会发生相应的改变，同时质谱能够精确测定蛋白质或多肽分子质量，因此可将质谱应用于蛋白质翻译后修饰的鉴定。检测前首先需要对修饰蛋白质或肽段进行富集，然后进行质谱鉴定。蛋白质修饰分析可分为定性及定量分析，两者都是基于质谱技术进行修饰分析，被称为修饰蛋白质组学分析。

五.技术平台

AB SciexTripleTOF 5600

   此系统标准配置了用于蛋白质组样本的高通量分析的最新技术—SWATH™，具有准确质量数和高分辨进行同时定量和定性分析的LC/MS/MS系统，该系统具有快速扫描速度和串联四极杆质谱系统的定量灵敏度能力，集质谱系统的高分辨、准确质量数稳定性、高灵敏度和高速度扫描特点于一个质谱平台。

Thermo Scientific Q-Exactive

   使用Thermo Scientific™ QExactive™组合型四极杆 Orbitrap 质谱仪可以快速可靠地识别、定量和确认更多化合物。本台式LC-MS/MS系统将四极杆母离子选择性与高分辨率和准确质量数（HRAM）Orbitrap检测相结合，提供出色性能和多功能性。QExactive质谱仪特别适用于非目标或目标化合物筛查，也能够实现广泛的定性和定量应用，可广泛用于药物发现、蛋白质组学、环境和食品安全、临床研究和法医毒理学。