蛋白質(zhì)芯片技術(shù)課件

生命科學(xué)領(lǐng)域的新工具——SELDI蛋白質(zhì)芯片蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的出現(xiàn)及對(duì)臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展的影響

20世紀(jì)90年代，隨著全球基因組計(jì)劃的推進(jìn)，人類對(duì)生命科學(xué)的認(rèn)識(shí)達(dá)到了新的未有的深度和高度。人類基因組工作草圖公布后，標(biāo)志著基因框架已經(jīng)繪就，人類染色體總DNA有32億堿基對(duì)，包含有3萬(wàn)個(gè)左右基因，遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于原有約10萬(wàn)個(gè)基因的估計(jì)。但是，由于真核生物中基因結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及現(xiàn)有基因識(shí)別技術(shù)發(fā)展的嚴(yán)重不足，所以適用范圍僅限于原核生物或低等真核生物，此情況進(jìn)一步表明人類對(duì)自身基因組的所有基因及其間隔序列還沒(méi)有完全確定。

蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的出現(xiàn)及對(duì)臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展的影響一、蛋白質(zhì)組學(xué)研究的興起及蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的問(wèn)世加之mRNA自身在貯存、轉(zhuǎn)運(yùn)、降解、翻譯調(diào)空以及產(chǎn)物的翻譯后加工，難以準(zhǔn)確地反映基因功能的真正執(zhí)行體的質(zhì)與量。而功能性蛋白質(zhì)是基因功能的執(zhí)行體，能直接反應(yīng)基因給予的信息，后基因時(shí)代便接踵而來(lái)。以蛋白質(zhì)作為研究對(duì)象，對(duì)正常細(xì)胞及變異細(xì)胞功能進(jìn)行分析，從而可以尋找疾病的特異性標(biāo)志物；也可以利用尋找終末點(diǎn)的方法來(lái)對(duì)化學(xué)制劑和藥物毒副作用進(jìn)行評(píng)估。

蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的出現(xiàn)及對(duì)臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展的影響一、蛋白質(zhì)組學(xué)研究的興起及蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的問(wèn)世美國(guó)Ciphergen生物公司生產(chǎn)的SELDI-TOFMS（surfaceenhancedlaserdesorprion/ionization-timeofflightmass）主要包括三個(gè)基本部分：①特殊材料制成的固相載體，即蛋白芯片陣列，組成芯池的特殊材料是根據(jù)要捕獲蛋白質(zhì)的屬性而設(shè)計(jì)的，概括起來(lái)可歸納為兩大類型：a.化學(xué)型材料；b.生物化學(xué)型材料。

蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的出現(xiàn)及對(duì)臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展的影響二、SELDI蛋白質(zhì)芯片儀的組成及工作原理②蛋白質(zhì)芯片解讀儀（proteinchipreader），蛋白質(zhì)芯片解讀儀是安裝有脈沖式紫外線/氮激光光源的解析離子化（laserdesorptionionization，LDI）時(shí)間-飛行質(zhì)譜儀（TOFMS）?；|(zhì)分子吸收激光能量，樣品解吸附，基質(zhì)——樣品之間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移使樣品分子電離，經(jīng)解析/離子化過(guò)程而形成氣化離子狀態(tài)，它們進(jìn)入TOF-MS區(qū)域飛行。根據(jù)蛋白質(zhì)通過(guò)離子室的飛行速度，得出每個(gè)蛋白質(zhì)的質(zhì)量/電荷比（m/z），其公式為：E＝1/2mv2＝ZV；M/Z＝K*△t2（其中Z為電荷數(shù)，V為電壓，v為飛行速度，K為一常數(shù)）。

蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的出現(xiàn)及對(duì)臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展的影響二、SELDI蛋白質(zhì)芯片儀的組成及工作原理DetectorN-LaserTOF-MSTraceViewGelViewMapView用蛋白質(zhì)芯片儀測(cè)定

DetectionUsingtheProteinChip?System

用激光解吸電離發(fā)法將保留在芯片上的蛋白質(zhì)洗脫下來(lái)Retainedproteinsare“eluted”fromtheProteinChipArraybyLaserDesorptionandIonization電離的蛋白質(zhì)可以通過(guò)飛行時(shí)間質(zhì)譜儀精確地測(cè)定它們的質(zhì)量IonizedproteinsaredetectedandtheirmassaccuratelydeterminedbyTime-of-FlightMassSpectrometryProteinDiscoveryandCharacterization

ProteinChip?Advantages蛋白質(zhì)飛行質(zhì)譜的技術(shù)優(yōu)勢(shì)從未經(jīng)提純的生物或臨床樣品中直接捕獲,檢測(cè)和分析蛋白質(zhì),不需任何標(biāo)記或加尾.超高的檢測(cè)靈敏度(1-50fmole的蛋白質(zhì))從超小樣品體積(0.5μl)到大體積(400μl)的靈活選用小型實(shí)驗(yàn)或高通量篩選的自由選擇:每次可準(zhǔn)備8,16,96,or192個(gè)樣品快速獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)果超精確的蛋白質(zhì)分子量在識(shí)別特定蛋白質(zhì)表達(dá)物，細(xì)胞株肽庫(kù)的建立，完成腫瘤生物學(xué)標(biāo)志物的篩選和鑒定，從蛋白質(zhì)水平上對(duì)藥物毒性和安全性的評(píng)價(jià)等方面均證實(shí)蛋白質(zhì)芯片是一種高通量、高靈敏度、高特意性且微型化的蛋白質(zhì)分析系統(tǒng)。

蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的出現(xiàn)及對(duì)臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展的影響三、SELDI蛋白質(zhì)芯片儀在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

藥物靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)和證實(shí)

疾病監(jiān)測(cè)(藥物療效的追蹤等)

毒理學(xué)

臨床診斷

藥物動(dòng)力學(xué)

免疫方法設(shè)計(jì)與篩選

受體配體反應(yīng)

蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用

DNA-蛋白質(zhì)相互作用

純化策略的設(shè)計(jì)與純化過(guò)程的監(jiān)測(cè)

蛋白質(zhì)身份檢索

蛋白質(zhì)修飾分析(磷酸化,糖基化等)

抗原決定位點(diǎn)分析蛋白質(zhì)指紋圖譜分析蛋白質(zhì)的純化與分析分子識(shí)別ProteinChip?Applications蛋白質(zhì)飛行質(zhì)譜的應(yīng)用

蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的出現(xiàn)及對(duì)臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展的影響Ad是神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行性退變而形成的一種疾病，它是癡呆性疾病中最常見(jiàn)的一種。AD突出的特點(diǎn)表現(xiàn)在大腦組織中出現(xiàn)退化斑塊及神經(jīng)纖維聯(lián)系混亂。HuwDavies等人利用SELDI蛋白質(zhì)芯片儀對(duì)患者腦脊液進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)了β-淀粉樣蛋白肽（Amyloidβpeptide，Aβ），可導(dǎo)致人腦產(chǎn)生神經(jīng)系統(tǒng)退行性改變；該研究小組還論證了Aβ的差異性變體Aβ1-42對(duì)大腦神經(jīng)細(xì)胞的毒性作用。2.在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用：老年癡呆癥（AD）三、SELDI蛋白質(zhì)芯片儀在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的出現(xiàn)及對(duì)臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展的影響前列腺癌在西方國(guó)家發(fā)病率較高，美國(guó)前列腺癌的發(fā)病率占男性惡性腫瘤第一位。由于血清中PSA的低特異性，導(dǎo)致許多假陽(yáng)性和假陰性的發(fā)生，說(shuō)明PSA作為前列腺癌早期診斷及前列腺內(nèi)皮細(xì)胞惡變初期的檢測(cè)指標(biāo)不甚令人滿意，GLWrightJr等人運(yùn)用SELDI蛋白質(zhì)芯片技術(shù)不但快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)到未被檢測(cè)出的前列腺癌患者的PSA，而且在前列腺癌患者的血清中發(fā)現(xiàn)三種具有免疫球蛋白捆綁因子活性的蛋白質(zhì)，對(duì)前列腺癌的早期診斷有重要意義。Adam運(yùn)用同樣的技術(shù)在前列腺癌患者的尿液中發(fā)現(xiàn)9個(gè)蛋白質(zhì)與正常人及前列腺增生患者尿液中的蛋白質(zhì)含量不同，其靈敏度可達(dá)83％，特異性為97％，陽(yáng)性預(yù)測(cè)率值為96％。2.在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用：前列腺癌三、SELDI蛋白質(zhì)芯片儀在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的出現(xiàn)及對(duì)臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展的影響膀胱腫瘤在歐美一些國(guó)家的發(fā)病率僅次于前列腺癌，在我國(guó)是泌尿生殖系中最常見(jiàn)的腫瘤。VlahouA等學(xué)者收集94份尿液樣本，其中包括膀胱移行細(xì)胞腫瘤患者（transitionalcellcarcinomaofthebladder，TCC），正常人和泌尿系其它良性疾病。TCC病人組中發(fā)現(xiàn)5個(gè)新的特異性蛋白標(biāo)志物和7個(gè)蛋白質(zhì)簇（分子量范圍在3.3～133kd）。利用SEDLI蛋白質(zhì)芯片技術(shù)，檢測(cè)TCC蛋白標(biāo)志物的靈敏度為87％，特異性達(dá)66％。2.在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用：膀胱癌三、SELDI蛋白質(zhì)芯片儀在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的出現(xiàn)及對(duì)臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展的影響目前尋找胰腺癌特異性腫瘤標(biāo)志物尤顯重要。ChristopheRosty等應(yīng)用SELDI蛋白質(zhì)芯片技術(shù)對(duì)抽取的胰液樣本進(jìn)行研究分析，發(fā)現(xiàn)胰腺腫瘤患者及其它胰腺疾病患者都存在一種特異性蛋白質(zhì)，分子量為16,570D，該蛋白質(zhì)在胰腺腫瘤患者中的檢出率為67％（10/15），在其它胰腺疾病患者中的檢出率為14％（1/7），經(jīng)證實(shí)該蛋白質(zhì)為肝-腸-胰相關(guān)蛋白Ⅰ（HIP/PAP-Ⅰ）。胰腺腫瘤患者組與對(duì)照組相比，HIP/PAP-Ⅰ在胰液中及血清中的水平都明顯增高（P＜0.001）。他們進(jìn)一步研究得出：胰液中HIP/PAP-Ⅰ水平升高尤為明顯，當(dāng)濃度≥20μg/ml時(shí)，患胰腺癌的可能性較濃度＜20μg/ml的高出21.9倍。

2.在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用：胰腺癌

三、SELDI蛋白質(zhì)芯片儀在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的出現(xiàn)及對(duì)臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展的影響手術(shù)治療早期大腸癌的5年生存率可達(dá)99％，效果良好，但由于各種原因的影響對(duì)高危人群的篩選及對(duì)大腸癌的早期診斷率只有37％，所以對(duì)大腸癌的早期診斷尤顯重要。Roboz等分析大腸癌患者（34例）與正常對(duì)照組（14例）之間的血清蛋白圖譜的差異，其中大腸癌患者高表達(dá)8.942±5.3kD蛋白質(zhì)，而9.3kD的蛋白質(zhì)呈低表達(dá)，正常對(duì)照組上述兩種蛋白質(zhì)的表達(dá)情況與患者組正好相反。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明8.9kD和9.3kD蛋白質(zhì)可作為檢測(cè)大腸癌的腫瘤標(biāo)記物。2.在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用：大腸癌

三、SELDI蛋白質(zhì)芯片儀在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用四、我們利用SELDI蛋白質(zhì)芯片技術(shù)對(duì)大腸癌早期診斷的研究

蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的出現(xiàn)及對(duì)臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展的影響大腸癌是常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，在歐美地區(qū)的發(fā)病率及死亡率明顯高于亞非等國(guó)家。在我國(guó)，隨著人民生活水平的不斷提高，大腸癌的發(fā)病率呈逐年上升趨勢(shì)，這已引起人們的廣泛關(guān)注。目前臨床上缺乏早期診斷大腸癌的特異性標(biāo)記物，因此從血清中尋求特異性標(biāo)記物，用于大腸癌的早期診斷成為了急需解決的問(wèn)題。

蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的出現(xiàn)及對(duì)臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展的影響五、SEDLI蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的前景SEDLI蛋白質(zhì)芯片技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，為研究蛋白質(zhì)的特征、屬性、功能提供了快速、準(zhǔn)確、高效的技術(shù)平臺(tái)。目前，SEDLI蛋白質(zhì)芯片技術(shù)廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、工業(yè)制藥、食品衛(wèi)生、生物工程等廣闊領(lǐng)域。這項(xiàng)技術(shù)結(jié)合對(duì)基因組知識(shí)的認(rèn)知，必將為疾病的早期診斷、療效監(jiān)測(cè)、生物及免疫治療提供了強(qiáng)有力武器，它將為人類的健康事業(yè)做出巨大貢獻(xiàn)。

蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的出現(xiàn)及對(duì)臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展的影響