・综述与专论・2014年第1期生物技术通报BIOTECHNOLOGY BULLETIN随着基因组计划的完成，生命科学研究开始进入以基因组学、蛋白质组学、营养组学、代谢组学等“组学”为研究标志的后基因组时代。

蛋白质组（proteome）一词最早是由澳大利亚科学家Wilkins 和Williams 于1994年提出［1］，1995年7月最早见诸于Electrophoresis 杂志［2］，意指一个细胞或组织中由基因组表达的全部蛋白质。

蛋白质组学（proteomics）是一门大规模、高通量、系统化的研究某一类型细胞、组织、体液中的所有蛋白质组成、功能及其蛋白之间的相互作用的学科。

虽然基因决定蛋白质的水平，mRNA 只包含了转录水平的调控，其表达水平并不能代表细胞内活收稿日期：2013-09-05基金项目：甘肃省科技计划基金资助项目（0708NKCA129），兰州大学第二医院医学研究基金项目（YJ2010-08）作者简介：尹稳，女，硕士，研究方向：蛋白质组学；E -mail ：yinwen0508@ 通讯作者：伏旭，男，硕士，研究方向：生物化学与分子生物学；E -mail ：fuxu0910@蛋白质组学的应用研究进展尹稳1 伏旭2 李平1（1.兰州大学第二医院，兰州 730030；2.兰州大学第二医院急救中心，兰州 730030）摘 要： 蛋白质组学（Proteomics）是一门大规模、高通量、系统化的研究某一类型细胞、组织或体液中的所有蛋白质组成及其功能的新兴学科。

虽然基因决定蛋白质的水平，但是基因表达的水平并不能代表细胞内活性蛋白的水平，蛋白质组学分析是对蛋白质翻译和修饰水平等研究的一种补充，是全面了解基因组表达的一种必不可少的手段。

蛋白质组学相关技术的发展极大地推动了蛋白质组学的研究进展，使其在各研究领域得到了广泛的应用。

对蛋白质组学相关技术及其在各领域的应用进行了综述，最后对蛋白质组学的发展趋势和应用前景作出展望。

关键词： 蛋白质组学 双向凝胶电泳 质谱 生物信息学 应用现状Application Research Progress of ProteomicsYin Wen 1 Fu Xu 2 Li Ping 1（1. Lanzhou University Second Hospital ，Lanzhou 730030；2. Department of Emergency ，Lanzhou University SecondHospital ，Lanzhou 730030）Abstract: Proteomics is an emerging discipline for studying proteins composition and function in a type of cell, tissue or body fluids in a large -scale, high -throughput and systematic level. While genes determine the level of protein, but the level of gene expression can not represent the intracellular reactive protein levels. Proteomic analysis is a complement to the study of translation and modification and also an indispensable tool for a comprehensive understanding of genome expression. The development of proteomic technologies has greatly promoted the progress of proteomic research, and it has been widely used in various research fields.This paper revieweded the proteomic technologies and the applications in various fields are also briefly reviewed. Finally, some future issues are presented.Key words: Proteomics Two -dimensional gel electrophoresis Mass spectrometry Bio -informactics Application status性蛋白的水平［3］，且转录水平的分析不能反应翻译后对蛋白质的功能和活性起至关重要作用的蛋白修饰过程［4］，如酰基化、泛素化、磷酸化或糖基化等。

而蛋白质组学除了能够提供定量的数据以外，还能提供包括蛋白定位和修饰的定性信息。

只有通过对生命过程中蛋白质功能和蛋白质之间的相互作用以及特殊条件下的变化机制进行研究，才能对生命的复杂活动具有深入而又全面的认识。

近年来，蛋白质组学技术取得了长足的发展，随着新技术的不断涌现，其应用范围也不断扩大。

本文对蛋白质组学相关技术及其在各研究领域的应用进行了简要的归纳和评述，并对蛋白质组学的发展趋势和应用前景2014年第1期33尹稳等：蛋白质组学的应用研究进展作出展望。

1 蛋白质组学的分类根据研究目的和手段的不同，蛋白质组学可以分为表达蛋白质组学、结构蛋白质组学和功能蛋白质组学。

表达蛋白质组学用于细胞内蛋白样品表达的定量研究。

其研究技术为经典的蛋白质组学技术即双向凝胶电泳和图像分析。

在蛋白质组水平上研究蛋白质表达水平的变化等，是应用最为广泛的蛋白质组学的研究模式。

以绘制出蛋白复合物的结构或存在于一个特殊的细胞器中的蛋白为研究目标的蛋白质组学称为“细胞图谱”或结构蛋白质组学，用于建立细胞内信号转导的网络图谱并解释某些特定蛋白的表达对细胞产生的特定作用［5］。

功能蛋白质组学以细胞内蛋白质的功能及其蛋白质之间的相互作用为研究目的，对选定的蛋白质组进行研究和描述，能够提供有关蛋白的糖基化、磷酸化，蛋白信号转导通路，疾病机制或蛋白-药物之间的相互作用的重要信息。

2 蛋白质组学的主要研究技术蛋白质组学研究的进展是由技术推动的，同时也受到技术的限制。

蛋白质组学研究的技术水平很大程度上决定了研究成功的可能性。

蛋白质组学研究的核心就是能够系统地鉴定一个细胞或组织中表达的每一个蛋白质并确定每一个蛋白质的突出性能。

蛋白质组学的主要相关技术有双向凝胶电泳、差异凝胶电泳、质谱分析等。

其中双向电泳技术从开发到应用已经30多年［6］，是蛋白质组学研究的核心技术之一；差异凝胶电泳技术［7］能够进行大样本统计分析，且灵敏度高；质谱技术包括生物质谱、飞行时间质谱、电喷雾质谱等，通常与双向电泳等蛋白分离技术相联用，具有灵敏、准确、自动化程度高等特点，是蛋白鉴定的核心技术。

除了上述几种主要的技术外，近年来蛋白质芯片技术、酵母双杂交系统和生物信息学分析也应用于蛋白质组学。

由于其操作简便，样品用量少并能对多个样品进行平行检测，蛋白质芯片技术与其他常规方法相比具有明显优势［8］；酵母双杂交系统主要针对活细胞内蛋白质的研究，近年来已经发展到检测小分子-蛋白质，DNA-蛋白质及RNA-蛋白质之间的相互作用上；物信息学是蛋白质组学研究的核心技术之一，由于通过双向电泳，质谱或蛋白质芯片所获得的数据通常都是高通量且比较复杂，只有通过生物信息学分析才能对蛋白质的种类、结构和功能进行分析确定。

3 蛋白质组学的应用现状3.1 蛋白质组学在疾病研究中的应用蛋白质组学在疾病研究中的应用主要是发现新的疾病标志物，鉴定疾病相关蛋白质作为早期临床诊断的工具，以及探索疾病的发病机制和治疗途径。

人类的许多疾病已经从蛋白质组学方向展开研究，并取得了一定的进展。

Lei等［9］通过2-DE和基质辅助激光解析电离飞行时间质谱等蛋白质组学相关技术对膀胱癌患者的尿蛋白进行分离鉴定，获得14个差异表达的蛋白质，这些差异表达的蛋白可能是诊断和检测膀胱癌的潜在尿标志物。

McKinney等［10］应用亚细胞蛋白质组学方法对原发性和转移性的4个胰腺癌细胞差异表达的蛋白质进行鉴定，有540个蛋白质是原发性癌细胞特异性的，487个具有转移部位癌细胞特异性。

通过统计学分析鉴定出134个显著性差异表达的蛋白质，可用于进一步研究以确定其在肿瘤发生和转移过程中的作用。

Tetaz等［11］应用尿蛋白质组学方法对肾移植后3个月获得的29个尿样进行分析，鉴定出18个预测慢性移植肾功能障碍（CAD）的生物标志物，其中8.860 kD的蛋白标志物在预测CAD方面具有最高的诊断性能。

这些生物标记物在肾移植后3个月即可检测出，最长可以鉴定出在移植后4年可能发生CAD的病人。

Brea 等［12］应用双向电泳联合质谱技术，对12例心源性脑栓塞症患者和12例粥样硬化血栓性梗死患者的血清蛋白进行差异比较，发现触珠蛋白相关蛋白和淀粉样蛋白A等蛋白质在粥样硬化血栓性梗死患者中的血清水平显著升高。

Wen等［13］对人类美洲锥虫病患者的血清蛋白质组学进行了研究，以探索其潜在的病理生理学机制。

通过MALDI-TOF MS/MS 对高丰度和低丰度锥虫病患者的血清蛋白进行分析，分别获得80和14个差异表达的蛋白质。

检测出的心脏相关蛋白和黏着斑蛋白与血纤维蛋白溶酶原的表达水平的增加为临床人类美洲锥虫病心肌损伤和发展的研究提供了一组比较全面的生物标志物。

生物技术通报Biotechnology Bulletin2014年第1期34Kikuchi等［14］首次应用标准的散弹蛋白质组学分析方法对非小细胞肺癌的两种主要亚型和正常肺组织进行了深入蛋白质组学分析，鉴定出许多新的可作为潜在诊断和治疗的分子标志物的差异表达蛋白。

3.2 蛋白质组学在遗传病学研究中的应用蛋白质组学在遗传病学中的应用主要是为了探索遗传病的发病机制，寻找用于遗传病的早期诊断的生物标记和特异性的药物靶点等。

常见的遗传病主要包括：单基因遗传病，多基因遗传病，线粒体遗传病及体细胞遗传病等。

Polprasert等［15］应用蛋白质组学方法对遗传性球形红细胞增多症（HS，单基因遗传病）的红细胞膜蛋白变化进行研究，分离鉴定出56个差异表达的蛋白质，通过蛋白质网络分析出包括细胞死亡，细胞循环及遗传性和血液性紊乱3个HS相关的重要网络，为进一步研究和了解HS相关的发病机制提供了参考。

Yang等［16］对阿尔茨海默病（多基因遗传病）模型大鼠的脑突触体进行了蛋白质组学分析，得到14种差异表达的蛋白质，通过MALDI-TOF MS鉴定出α-2-珠蛋白链和与细胞凋亡和信号转导有关的肽基脯氨酸反式异构酶A与丝切蛋白-1三种蛋白，这些差异表达的蛋白有助于对阿尔茨海默病发病机制的了解。