SELDI蛋白芯片技术在蛋白质组研究领域中的最新进展

赵 颖

随着蛋白质组学研究的不断深入，蛋白质研究技术被广泛的应用于各领域，最近发展起来的表面增强激光解吸电离飞行时间质谱（SELDI-TOF-MS）蛋白质芯片技术为蛋白质的检测研究提供了新的技术平台，投放至今虽只有短短几年，但其显著的成效已经得到生命科学界的重视。尤其体现在自身免疫性疾病、感染性疾病及恶性肿瘤的早期诊断、监控和预后方面的应用研究上。

随着人类基因组测序工作的完成及基因框架图的绘制，人类基因组计划已进入功能基因组时代。作为基因功能的直接体现者——蛋白质及其相互作用越来越引起基础和临床科学家们的广泛关注。正因为如此，蛋白质组学研究成了生命科学最重要的焦点之一，收到众多科学家的关注，近来美国研制了一种新的蛋白质飞行质谱，表面增强的激光解析离子化——飞行时间——质谱仪，它集芯片和质谱于一身，是当前临床蛋白质组学研究中较理想的技术平台。目前已在自身免疫性疾病、感染性疾病及恶性肿瘤等多种疾病标志物筛选方面取得了突破性的进展，并且筛选出许多与疾病有关的新型生物标志物。为临床疾病的诊断和治疗等提供了新的选择。本文就SELDI蛋白质芯片技术相关的原理、优势及其在自身免疫性疾病、感染性疾病及恶性肿瘤的研究壮况进行综述。

1 SELDI蛋白质芯片的技术原理

被分析的样品直接点样到蛋白质芯片上，样品中的蛋白质特异的结合在化学或生物芯片的表面，然后用缓冲水冲洗芯片，其中未结合的非特异性结合的蛋白质以及杂质均被洗脱，在芯片上加入能量吸收分子，干燥后利用激光脉冲辐射使芯池中的分析物在电场力的作用下解吸形成核电离子，通过一真空管飞行到离子检测器，蛋白质的质量电荷比（M/Z）不同，飞行时间既不同，绘制成质谱图，最后通过软件处理获得样品中各种蛋白质的信息如分子量，含量等，并进行差异性分析，从而寻找有意义的标志物或图谱。

2. SELDI蛋白质芯片的技术优势

与蛋白质传统经典技术二维双向凝胶电泳相比，其优点在于a样品需要量少，检测速度快，适合临床诊断和大规模筛查；b它不仅能发现一种蛋白质或生物分子，还可发现不同的多种方式的组合蛋白质谱；c可以直接用粗样本进行检测，样品无需预先纯化，可分析复杂的生物样品增加了发现标志物的机会；d可以验证基因组学方面的变化并基于蛋白质的特点发现新的基因等；e获得单一的图谱，重复性好，可用于定量分析；f可分析二维双向凝胶电泳无法分析的蛋白质，包括疏水、跨膜、等电点及低分子量的蛋白质。因此SELDI-TOF-MS技术的出现使应用少量的临床标本即可检测到与疾病发展密切相关的低浓度蛋白成为可能，也使蛋白质组学诊断模式发展成为一种有价值的诊断标准。

2 SELDI蛋白质芯片技术在自身免疫性疾病诊断中的应用

Suzuki等采用SELDI蛋白芯片分析了狼疮性肾炎患儿和性别年龄匹配的正常对照血清蛋白表达谱的差异筛选出一个由5个差异蛋白构成的蛋白质组合在狼疮性肾炎患儿中的高表达与对照组利用统计学软件分析，诊断的敏感性及特异性均高于90%，研究表明这是一项有前途的早期诊断狼疮性肾炎准确率高且无创伤的方法。目前可用于系统性红斑狼疮诊断的血清标志物有抗核抗体、抗双链DNA抗体等但单项指标的灵敏度及特异性极低；联合应用的结果虽然可提高阳性率但假阳性率较高，难以作为早期诊断指标。

3 SELDI蛋白质芯片技术在感染性疾病诊断中的应用

对于丙氨酸氨基转移酶持续或间歇升高的慢性乙肝患者来说，评价肝纤维化、肝硬化的最好方法是肝穿刺，然而肝穿刺存在一定风险且费用昂贵，不适合用来定期检测病情的发展为此应用SELDI-TOF-MS技术对慢性乙肝、肝硬化的血清进行蛋白质指纹分析，研究结果表明有30个蛋白质峰与肝纤维化程度密切相关。根据这些峰建立的人工神经网络诊断模型，能够有效地预测慢性乙型肝炎患者的肝纤维化、和肝硬化的程度。

4. SELDI蛋白质芯片的技术在肿瘤疾病诊断中的应用

Wei用SELDI蛋白质弱阳离子CM10芯片技术分析了55例鼻咽癌患者和60例健康对照者的血清样本，建立了有4个特征性蛋白峰(相对分子质量为4 907、4 180、5 912和8 295Da)组成的模型，对鼻咽癌患者诊断的敏感度达到94.5%,特异性达到96.7%，正确诊断率为95.7%，SELDI-TOF-FS蛋白质芯片技术检测血清蛋白质质谱法诊断鼻咽癌患者血清中相对特异性的肿瘤标志物，其对于鼻咽癌的早期诊断具有一定的临床意义。Pan等采用SELDI蛋白质芯片技术分析了83例前列腺癌患者和95例正常者血清样本，通过比较病例组合对照组，发现了18个血清差异蛋白峰，其中4个蛋白峰在前列腺患者血清中水平升高，14个人蛋白峰在前列腺癌患者血清中水平下降，利用统计学分析软件，诊断的敏感性达到925,特异性达到96.7%，研究表明这是一项有着前途的早期诊断前列腺癌准确率高且无创的方法。Wang等采用SELDI-TOF-MS技术对训练组56例样本（35例肝细胞癌患者、21例健康受试者血清）分析后获得M/Z为3 015和5 900的2个蛋白质峰具有显著性差异，以此建立的模型采用盲法预测试验组肝细胞癌和正常对照，诊断敏感度为100%、特异性为100%。最近wang等应用SELDI蛋白质芯片技术分析了112例非小肺癌患者的血清样本和123例正常人血清样本，发现了3个特异性蛋白峰，相对分子质量分别为6 628、9 191、和11 412 Da用这些特征蛋白诊断肺癌的敏感性为96.56%，特异性为94.79%。这些实验表明，蛋白质芯片技术结合生物信息学对肿瘤进行早期筛查，极大提高了肿瘤早期检出的敏感性和特异性。

5.问题与展望

目前蛋白质组学的研究已成为生命科学领域的热点，SELDI蛋白质芯片技术已成为当前临床蛋白质组学研究中较为理想的技术平台。它所具有的高通量、快速、平行、自动化等优点，为蛋白质组学研究提供了强大的技术支持，特别是在自身免疫性疾病、感染、恶性肿瘤早期筛查及诊断中有着极其重要的应用价值，极大地推动人类揭示疾病发生发展的分子机制研究及寻找更合理有效治疗方法的进程。但是由于蛋白质本身的变化太多，且空间结构在很大程度上决定其活性与功能，相对于目前基因芯片研究的进展速度而言，蛋白质芯片的研究显得相对滞后，目前丞待解决的问题主要有①重要性较差。由于在点样、探针固定技术等方面还未完全实现机械化、因此在检测中重复性较差。②目前SELDI仅能检测蛋白质分子质量、而不能给出C端、N端序列和蛋白质构型，蛋白质的鉴定还需要依赖传统方法。③芯片制备复杂繁琐、检测设备昂贵，导致应用该技术的检测费用较高限制了SELDI的进一步广泛使用。虽然SELDI蛋白质芯片技术目前任不成熟，但随着芯片技术、质谱分析技术可以更加快速、高效感性、高特异性和全自动地进行蛋白质质谱分析，使得该技术成为疾病诊断、治疗及预后判断、寻找药物治疗特异性靶目标不可缺少的手段，具有广泛的开发及应用前景。