蛋白質(zhì)芯片技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中的應(yīng)用進(jìn)展

蛋白質(zhì)芯片技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中的應(yīng)用進(jìn)展摘要近年來(lái)，隨著生物芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，蛋白質(zhì)芯片技術(shù)在蛋白質(zhì)組學(xué)的研究中得到了廣泛應(yīng)用，并在生命科學(xué)研究等各領(lǐng)域扮演著越來(lái)越重要的角色。這種技術(shù)可以快速而精確地檢測(cè)各種環(huán)境和條件下細(xì)胞以及組織中蛋白的差別，為早期診斷腫瘤、檢測(cè)體內(nèi)的病原微生物以及藥物研發(fā)等研究在檢測(cè)技術(shù)方面提供了很大的支持。本文進(jìn)行綜述了蛋白質(zhì)芯片技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀和研究進(jìn)展。關(guān)鍵詞：蛋白質(zhì)芯片技術(shù)；蛋白質(zhì)組學(xué)；醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)；應(yīng)用1引言傳統(tǒng)的研究蛋白質(zhì)組學(xué)方法，例如酵母雙雜交法、免疫印跡法、二維凝膠電泳等技術(shù)，其缺點(diǎn)在于效率低下、操作繁雜，并且無(wú)法大規(guī)模并行處理樣品以至于工作量較大，使得蛋白質(zhì)組學(xué)這一研究工作急切需要一種高效準(zhǔn)確，并且可以同時(shí)處理和檢測(cè)蛋白質(zhì)分子的方法。蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的出現(xiàn)，為研究蛋白質(zhì)分子提供了新的研究方向和發(fā)展空間。這項(xiàng)新技術(shù)是一種能夠高效檢測(cè)蛋白質(zhì)活性的工具，它具有高通量、自動(dòng)化和平行檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。這一工具的出現(xiàn)為學(xué)者的研究提供了一種新的思路和技術(shù)路線，可以幫助研究者利用其來(lái)研究疾病的病變過(guò)程、及早發(fā)現(xiàn)疾病和診斷、發(fā)現(xiàn)早期監(jiān)測(cè)的生物標(biāo)志物并加速研發(fā)新的藥物等。在過(guò)去的幾十年里，蛋白質(zhì)芯片技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。隨著人們對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的深入認(rèn)識(shí)以及對(duì)其生物活性認(rèn)識(shí)的加強(qiáng)，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能越來(lái)越受到重視，蛋白質(zhì)組的研究成為當(dāng)前生命科學(xué)領(lǐng)域中的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。2蛋白質(zhì)芯片技術(shù)介紹2.1蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的概念蛋白質(zhì)芯片是生命科學(xué)領(lǐng)域近幾十年來(lái)的熱門(mén)研究課題，德國(guó)的科學(xué)家Lueking在1999年發(fā)表了蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的相關(guān)文章，他是最早對(duì)其進(jìn)行研究的。作為一項(xiàng)高通量的技術(shù)，它是被用于研究和分析蛋白功能以及蛋白質(zhì)之間的相互作用的常用技術(shù)，也可用于蛋白質(zhì)表達(dá)譜的分析。與只能追蹤體內(nèi)DNA和mRNA變化的基因芯片技術(shù)不同，蛋白質(zhì)芯片檢測(cè)的是具有代表性的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)是真正影響細(xì)胞生理狀態(tài)的物質(zhì)。蛋白質(zhì)芯片作為基因芯片的補(bǔ)充，是繼基因芯片之后由基因芯片技術(shù)直接發(fā)展而來(lái)的一項(xiàng)分析技術(shù)，連接了基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組。蛋白質(zhì)芯片是目前蛋白質(zhì)組學(xué)研究的重要手段，它不僅能夠直接測(cè)定蛋白質(zhì)的相對(duì)水平及與其他分子的相互作用情況，還可以對(duì)基因活性進(jìn)行反饋。蛋白質(zhì)芯片可以分為三種，分別是蛋白質(zhì)微陣列、微孔板蛋白質(zhì)芯片以及三維凝塊芯片。其中，蛋白質(zhì)微陣列是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型生物芯片技術(shù)，具有高通量和快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，此外，它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生物樣品進(jìn)行定性、半定量或者定量分析。蛋白質(zhì)芯片技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域、食品安全檢測(cè)、環(huán)境科學(xué)監(jiān)測(cè)等相關(guān)領(lǐng)域也有著廣泛的研究與應(yīng)用。蛋白質(zhì)是生命體內(nèi)普遍存在的生物大分子，其含量的顯著增減會(huì)影響生命活動(dòng)，甚至導(dǎo)致死亡，因此，對(duì)蛋白質(zhì)的分析與檢測(cè)顯得尤為重要。2.2蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的特點(diǎn)蛋白質(zhì)芯片技術(shù)相比較于傳統(tǒng)的研究方法，其優(yōu)勢(shì)主要在于：①高通量，蛋白質(zhì)芯片技術(shù)在一次檢測(cè)過(guò)程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)較為豐富，從而為研究者提供了更加全面、準(zhǔn)確地研究蛋白質(zhì)譜的條件；②高靈敏度，目前蛋白質(zhì)芯片的檢測(cè)水平為ng級(jí)，它能夠在復(fù)雜的混合物中檢測(cè)到極低濃度的蛋白質(zhì)，滿(mǎn)足了微量蛋白的檢測(cè)需求；③微量化，這種技術(shù)在操作過(guò)程中對(duì)樣品的需求量極少，因此運(yùn)用該技術(shù)檢測(cè)的樣本成本的投入相對(duì)較低。以上特點(diǎn)使得蛋白質(zhì)芯片技術(shù)在快速篩選檢測(cè)中扮演了極其重要的角色，使其尤為適用于大規(guī)模生產(chǎn)當(dāng)中，綜合決定了蛋白質(zhì)芯片具有廣泛應(yīng)用前景。2.3蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的原理蛋白質(zhì)芯片技術(shù)按照提前設(shè)置好的排列方式，將大量的蛋白質(zhì)分子通過(guò)一定的方式固定在玻璃、硝酸纖維素膜或者硅片等固相載體上，從而使其形成蛋白質(zhì)微陣列。這些被固定的蛋白質(zhì)與在固相載體上標(biāo)記有活性化學(xué)物質(zhì)如酶、同位素或熒光素的靶蛋白質(zhì)分子進(jìn)行雜交，無(wú)法反應(yīng)而不能結(jié)合在芯片上的材料被清洗除去，而附著在芯片上的物質(zhì)則與熒光標(biāo)記的抗體發(fā)生反應(yīng)。待反應(yīng)結(jié)束后，研究人員能夠利用熒光掃描儀對(duì)芯片上各點(diǎn)的熒光強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，繼而利用熒光強(qiáng)度對(duì)蛋白質(zhì)與被檢測(cè)物質(zhì)之間的相互作用進(jìn)行分析。3蛋白質(zhì)芯片技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)領(lǐng)域的應(yīng)用3.1蛋白質(zhì)芯片技術(shù)在發(fā)現(xiàn)腫瘤血清標(biāo)志物中的應(yīng)用腫瘤長(zhǎng)期以來(lái)是人類(lèi)生活的嚴(yán)重隱患，已經(jīng)成為威脅人類(lèi)生存和生活質(zhì)量的重大問(wèn)題。部分腫瘤進(jìn)展迅速，如果不能及早發(fā)現(xiàn)則會(huì)錯(cuò)過(guò)最佳的治療時(shí)期，導(dǎo)致不可估量的后果。所以，在腫瘤的早期診斷中，尋找其生物標(biāo)志物是非常必要的。發(fā)生癌變的人體，往往會(huì)特異性地表達(dá)出與腫瘤相關(guān)的抗原或特定的抗原，這是癌變個(gè)體內(nèi)特有的蛋白質(zhì)。由于蛋白質(zhì)組織學(xué)的快速發(fā)展和相關(guān)探測(cè)技術(shù)的不斷完善，近年來(lái)，隨著腫瘤標(biāo)志物的數(shù)量不斷增多，研究學(xué)者在腫瘤的早期診斷方面也開(kāi)辟了新的思路和新的研究方向。腫瘤相關(guān)抗原（TumorAssociatedAntigen,TAA）和腫瘤特異性抗原（TumorSpecificAntigen,TSA）是早期腫瘤診斷或治療目標(biāo)的腫瘤標(biāo)志物，可用于監(jiān)測(cè)疾病的治療效果。利用蛋白質(zhì)芯片技術(shù)對(duì)腫瘤細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)分子進(jìn)行檢測(cè)，為腫瘤的早期診斷和治療奠定了一定的基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)芯片技術(shù)同時(shí)研究正常與病理個(gè)體的蛋白質(zhì)組，在對(duì)比與分析之間的相同與差異后，就有可能能夠找到導(dǎo)致個(gè)體產(chǎn)生疾病的特異性蛋白分子，即僅表達(dá)于某種腫瘤細(xì)胞而不存在于正常細(xì)胞中的腫瘤特異性蛋白。目前已有很多新的腫瘤標(biāo)志物以及與腫瘤有關(guān)的蛋白，蛋白質(zhì)芯片技術(shù)也被越來(lái)越多的研究者應(yīng)用于臨床檢測(cè)TAA或TSA中。在研究乳腺癌、胃癌、肝癌、肺癌、結(jié)直腸癌、鼻咽癌等癌癥的早期診斷方面，蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)提供了很大的技術(shù)支持，為癌癥的早期診斷帶來(lái)了一定的成效。3.2蛋白質(zhì)芯片技術(shù)在檢測(cè)病原微生物中的應(yīng)用艾滋病毒、SARS病毒等一些感染因素，以及結(jié)核菌、耐多藥鏈球菌等有害的病原微生物源源不斷地折磨著人類(lèi)，對(duì)人類(lèi)的生命健康和生活質(zhì)量造成了很大的危害和威脅。因此更好地在感染前及早檢測(cè)以及在造成更大的危害之前及時(shí)阻斷治療，是傳染病研究必須立即應(yīng)對(duì)和解決的重要挑戰(zhàn)。在蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的發(fā)展下，結(jié)合人類(lèi)傳染病病原體的蛋白質(zhì)組學(xué)研究與血清學(xué)研究為傳染病的診斷、治療和預(yù)防研究提供了新的工具和手段。由于弓形蟲(chóng)可以通過(guò)孕婦去感染胎兒，使得孕婦弓形蟲(chóng)感染檢測(cè)顯得非常關(guān)鍵。弓形蟲(chóng)不僅對(duì)孕婦及腹中胎兒有較嚴(yán)重的影響，同時(shí)還是導(dǎo)致艾滋病患者災(zāi)難性腦損傷的最常見(jiàn)原因，因此早期發(fā)現(xiàn)對(duì)早期治療至關(guān)重要。然而過(guò)去采用的診斷方法僅限于血清學(xué)篩查和PCR檢測(cè)方法，而這兩種方法的檢出率只有10%。與以往的研究方法相比，蛋白質(zhì)芯片技術(shù)檢測(cè)時(shí)間短、靈敏度高且耗材少。弓形蟲(chóng)感染患者的血清中存在9種弓形蟲(chóng)相關(guān)蛋白質(zhì)，研究者采取患者血清樣本使用雙向凝膠電泳和免疫雜交技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了多項(xiàng)研究后發(fā)現(xiàn)，其中7種蛋白質(zhì)與弓形蟲(chóng)的不同感染階段有關(guān)，因此這些弓形蟲(chóng)的蛋白質(zhì)可作為診斷標(biāo)志物。3.3蛋白質(zhì)芯片技術(shù)在藥物研發(fā)中的應(yīng)用一種新藥在被成功研發(fā)出來(lái)之前，通常要經(jīng)歷上千種化合物的篩選、分離以及鑒定過(guò)程。與此同時(shí)，如何以低成本、快速有效的方法篩選出合適且高效的治療藥物更是重中之重。但是，大多數(shù)情況下，由于缺少有效且高效的方法，很難從眾多樣品中獲得所需的化學(xué)結(jié)構(gòu)信息。為了解決這些難題，人們?cè)谏锛夹g(shù)領(lǐng)域中不斷探索和創(chuàng)造新的方法。蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的出現(xiàn)減少了大量冗長(zhǎng)的動(dòng)物試驗(yàn)的需要，由于不必將所有樣品分別處理，從而減少了大量時(shí)間，提高了藥物篩查的效率。此外，通過(guò)將不同類(lèi)型的藥物混合起來(lái)進(jìn)行篩選，還能夠提供更廣泛的信息，從而避免了單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與其他已知藥物之間存在的差異所帶來(lái)的誤判，蛋白質(zhì)芯片技術(shù)是一種非常有效的藥物篩選工具。蛋白質(zhì)微陣列的高密度和并列特性在很大程度上加速了化合物的篩選，使得研發(fā)人員在藥物研發(fā)的初期階段就能夠通過(guò)蛋白質(zhì)芯片觀察藥物誘導(dǎo)的基因表達(dá)譜，從而進(jìn)行廣泛且適當(dāng)?shù)亩拘匝芯俊？偨Y(jié)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)是生物體內(nèi)最重要的信息載體之一，它是生命獲得中最基本的單元，因此，對(duì)于蛋白質(zhì)的研究已成為當(dāng)前生命科學(xué)領(lǐng)域中的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。蛋白質(zhì)組學(xué)是當(dāng)今生物信息學(xué)研究最活躍、最有潛力的分支之一，隨著蛋白質(zhì)組學(xué)的各種分析技術(shù)不斷發(fā)展與完善，這項(xiàng)研究在不斷深入的同時(shí)研究的范圍也更加廣泛，我們對(duì)于蛋白質(zhì)的組成、表達(dá)和功能也有了更加深刻的理解。蛋白質(zhì)芯片技術(shù)不但能對(duì)人體的復(fù)雜基因進(jìn)行鑒定識(shí)別，還能為疾病的早期診斷、監(jiān)測(cè)預(yù)后療效等方面提供重要的依據(jù)。此外，在醫(yī)藥、食品安全等相關(guān)領(lǐng)域也有很好的發(fā)展前景。蛋白芯片技術(shù)目前在生命科學(xué)中已經(jīng)取得了廣泛的應(yīng)用，正日益引起科研工作者的關(guān)注，在不久的將來(lái)，蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)有望在大規(guī)模的臨床實(shí)踐當(dāng)中被廣泛應(yīng)用參考文獻(xiàn)[1]農(nóng)朝贊.生物芯片技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中的應(yīng)用進(jìn)展[J].廣西醫(yī)學(xué),2011,33(08):1038-1042.[2]周樹(shù)敏.助力腫瘤生物學(xué)標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)芯片技術(shù)[J].張江科技評(píng)論,2020(04):13.[3]王偉.蛋白質(zhì)芯片在腫瘤標(biāo)志物篩查中的應(yīng)用以及利用SELEX