了解蛋白质组：基于质谱的蛋白质组学简介

蛋白质组学 - 博客 - 页眉

完成人基因组的测序后，是时候卷起袖子着手解决另一项艰巨任务了，即解密复杂的蛋白质组。这样，蛋白质组学的时代、研究所有表达的蛋白的功能都时代也就降临了。这项任务尤其复杂，因为与基本都是稳定不变的人类基因组不同，蛋白质组在细胞之间都是有差异的，例如肝细胞和脑细胞之间、健康细胞和癌细胞之间、甚至同一个细胞的不同发育阶段之间。

为应对这一挑战，建立了人类蛋白质组项目。该项目的使命是通过绘制人体蛋白质分子图谱，全面解析人类基因的功能特征。由此，该项目已成为诠释基因生物学功能与分子机制的重要资源，并为疾病的先进诊断与治疗方法提供支撑。

什么是翻译后修饰 (PTM)？

约 20,000 种检测的基因已被翻译为多达上百万种蛋白形式，或蛋白变体。那么，为什么基因数量和蛋白变体的数量之间有如此巨大的差异呢？启动子和基因选择性剪切会在一定程度上增大蛋白质组学的复杂性，但其在很大程度上是由蛋白翻译后修饰 (PTM) 所导致的。PTM 是共价修饰，包括向特定氨基酸以及溶蛋白性裂解物加入磷酰基、乙酰基、甲基、泛素基或其他基团。这些修饰是蛋白活性、亚细胞定位、降解和蛋白间相互作用所必需的。了解 PTM 在疾病状态中的作用，对检测生物标记物和开发疗法都至关重要。

自下而上与自上而下的方法

质谱法 (MS) 是一种高敏感技术，大规模地用来研究某种样品中的蛋白及其 PTM。质谱法技术的进展对蛋白质组学起到了推动作用。最成熟且应用最广的策略称为“自下而上”的蛋白质组学方法，其中，采用蛋白酶（通常为胰蛋白酶）将细胞/组织样品消化为短肽，然后再进行 MS 检测。随后，根据肽信息推断蛋白变体的特征。

“自下而上”的蛋白质组学方法是在进行质谱分析前不消化样品，这种策略的使用并不是非常广泛，但在临床研究中有潜在应用，因为可以从天然蛋白（降解产物、序列变异和 PTM 组合）的分析中获取其他信息。

MS 有很多不同的类型。用于蛋白质组学方法的一种常见类型是液相色谱串联质谱 (MS) 或 LC-MS/MS。在 LC-MS 中，消化得来的肽在加入质谱仪前用高效液相色谱法进行分离。这个仪器可以用来收集完整肽 (MS1) 及其肽片段（MS2 或 MS/MS) 极为准确的质荷比测量值。这些质荷比测量值与一个包含所有蛋白的数据库相匹配，可用来识别这种肽。

基于质谱法的蛋白质组学方法是一种强大工具，可用于检测磷酸化、泛素化和乙酰化等的新底物，检测和验证药物靶标，发现生物标记物，阐明药物脱靶效应，并探讨药物/化学调节剂的作用机制。