蛋白質(zhì)作為所有生命周期的直接參與者,是生命現(xiàn)象和生物規(guī)律 變化的標(biāo)志物,在生命科學(xué)的大環(huán)節(jié)中占據(jù)著舉足輕重的地位。 從蛋白質(zhì)的角度去描述生物的變化,業(yè)已成為研究生命科學(xué)的主 要手段。處于不同時(shí)期、不同條件下的功能性蛋白質(zhì),其表現(xiàn) 形式及豐度水平千變?nèi)f化、生理功能模塊和介導(dǎo)信號(hào)通路紛繁復(fù) 雜,因此,深入研究蛋白質(zhì)乃至對(duì)生物標(biāo)志物監(jiān)測(cè)充滿著艱辛與 挑戰(zhàn)。與早期關(guān)注蛋白質(zhì)的發(fā)現(xiàn)過(guò)程不一樣,目前生物化學(xué)家越 來(lái)越重視功能性蛋白質(zhì)在表達(dá)量上的變化,蛋白豐度的變化更能 體現(xiàn)出生命變化的多樣性。
生化實(shí)驗(yàn)室根本的分析任務(wù)之一就是蛋白的定量分析,但以往 的抗體免疫化學(xué)法 (Western Blot) 表現(xiàn)出較差的特異性和較高的 測(cè)量誤差 (CV > 20 - 40%)。串聯(lián)質(zhì)譜多反應(yīng)監(jiān)測(cè) (MRM/SRM) 定量方法,一直以來(lái)就是定量的黃金標(biāo)準(zhǔn),在小分子定量上早已 成熟使用,隨著液相色譜和串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)的提高,越來(lái)越多的生化實(shí)驗(yàn)室開始大量采用串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)為基礎(chǔ)的蛋白(肽段)定量 流程。MRM 肽段定量方法的優(yōu)點(diǎn)很多,它利用蛋白專屬的肽段 序列完成定量分析,一次運(yùn)行可同時(shí)分析幾十到幾百種的蛋白, 具備高通量的定量分析能力。特別是 2012 年,方法領(lǐng)域的權(quán) 威期刊《Nature Methods》將基于三重四極桿質(zhì)譜 (Q) 平臺(tái)的 MRM/SRM 定量思路的靶向蛋白質(zhì)組學(xué) (Targeted proteomics) 技術(shù)列為當(dāng)年的年度方法,確立了目標(biāo)蛋白定量分析的策 略。近年來(lái)該雜志陸續(xù)發(fā)表了多篇論文,對(duì) Q-MRM/SRM 思 路成功應(yīng)用于目標(biāo)蛋白定量分析進(jìn)行了持續(xù)報(bào)道。隨著質(zhì)譜靈敏 度的大幅提高,以大流速常規(guī)液相色譜 (LC) 取代納流液相色譜 (Nano-LC) 所組成的 MRM 肽段定量方法,代表著蛋白定量分析 的高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),極大地促進(jìn)生物化學(xué)及各種新應(yīng)用快速向前發(fā) 展,廣泛應(yīng)用在蛋白質(zhì)組學(xué)、生物制藥等研究領(lǐng)
MRM 方法作為一種成熟的定量技術(shù),已經(jīng)廣泛用于食品安全檢 測(cè)和制藥行業(yè)以及肽段的檢測(cè)。以制藥為例,MRM 方法被用來(lái) 監(jiān)測(cè)血樣中藥物濃度或藥物代謝產(chǎn)物隨時(shí)間的變化?;谫|(zhì)譜 技術(shù)的蛋白質(zhì)組學(xué)常用的一種分析策略是采用特異性蛋白酶將蛋 白質(zhì)酶切形成肽段,生成的肽段經(jīng)過(guò)液相色譜分離后進(jìn)入質(zhì)譜分 析,通過(guò)鑒定蛋白對(duì)應(yīng)的性肽段 (Unique Peptides) 來(lái)鑒定 相應(yīng)的蛋白,該方法被稱為槍法 (Shotgun),是蛋白質(zhì)組學(xué)經(jīng) 典的非靶向方法。該方法被廣泛用于復(fù)雜生物樣本,如血漿、細(xì) 胞、組織中蛋白的大規(guī)模鑒定,采用標(biāo)記或非標(biāo)記的方式通過(guò)相 對(duì)定量比較對(duì)照組和樣品組的差異可以發(fā)現(xiàn)具有診斷、預(yù)警或治 療有意義的潛在蛋白質(zhì),即生物標(biāo)記物。僅以癌癥為例,目前文 獻(xiàn)報(bào)道的潛在生物標(biāo)記物就超過(guò) 1261 個(gè)[1]。然而,這其中幾乎 沒有一個(gè)潛在生物標(biāo)記物能滿足臨床生物標(biāo)記物的高標(biāo)準(zhǔn)而被認(rèn) 可,這一點(diǎn)從美國(guó) FDA 批準(zhǔn)蛋白類生物標(biāo)記物的進(jìn)度就能證實(shí)。 過(guò)去 15 年,美國(guó) FDA 批準(zhǔn)的針對(duì)所有疾病的生物標(biāo)記物平均下 來(lái)每年不超過(guò) 1.5 個(gè)蛋白[2]。在臨床上,目前使用的生物標(biāo)記物 的體內(nèi)濃度低、動(dòng)態(tài)范圍寬,濃度分布能跨越 11 個(gè)數(shù)量級(jí);在分 析方法上又缺少一種能對(duì)大量不同樣品進(jìn)行定量的高通量分 析方法。而 MRM 方法能彌補(bǔ)槍法的不足,提供了一種高靈敏 度、高度、高重現(xiàn)性和高通量的分析方法,非常適用于生物 標(biāo)記物的驗(yàn)證及系統(tǒng)生物學(xué)研究[3]。
MRM 方法充分發(fā)揮了 Q 定量的優(yōu)勢(shì)。在 MRM 方法中,通 過(guò)采用 Q1 和 Q3 分別選擇目標(biāo)肽段的母離子和子離子來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) 應(yīng)目標(biāo)蛋白的定量。兩級(jí)四極桿篩選為 MRM 方法提供了極 高的選擇性,降低了復(fù)雜樣品中共流出物的背景干擾[4]。同時(shí), Q 方法采用選擇離子通過(guò)模式,相比于槍法的傳統(tǒng)全掃描模 式,方法的靈敏度提高了 1 - 2 個(gè)數(shù)量級(jí)。另外,MRM 具有五 個(gè)數(shù)量級(jí)的線性動(dòng)態(tài)范圍,能夠檢測(cè)復(fù)雜樣品中的低豐度蛋白, 這在系統(tǒng)生物學(xué)定量研究中至關(guān)重要。MRM 檢測(cè)肽段方法建 立后,在不同的實(shí)驗(yàn)室里重復(fù)實(shí)驗(yàn)具有非常好的重現(xiàn)性;一個(gè)方 法內(nèi)可包含上千個(gè) MRM 離子對(duì),能實(shí)現(xiàn)高通量的檢測(cè)[5]。通過(guò) 加入穩(wěn)定同位素標(biāo)記內(nèi)標(biāo)肽段 (Stable Isotope-labeled internal standards, SIS),可以大大降低離子抑制、基質(zhì)效應(yīng)和樣品前處 理過(guò)程的誤差造成的影響,得到更準(zhǔn)確的定量結(jié)果。對(duì)于一組給 定的待測(cè)蛋白質(zhì),如信號(hào)通路上蛋白質(zhì)、一組生物標(biāo)記物,MRM 方法能夠進(jìn)行一致的、可重復(fù)的、高通量的定量分析[6]。相 比于親和方法,MRM 不受到抗體種類及特異性的限制,能夠很 方便的進(jìn)行大規(guī)模研究。 目前靶向肽段定量的蛋白測(cè)定法,可以開展大規(guī)模的蛋白質(zhì)組學(xué) 定量分析項(xiàng)目,以及在大規(guī)模地開發(fā)、系統(tǒng)性地驗(yàn)證蛋白質(zhì)生物 標(biāo)志物;加之快速成熟的分析方法和軟件,以及廣泛接受和普遍 使用的質(zhì)譜儀器,為生物化學(xué)家提供了系統(tǒng)、可靠、革命性的蛋 白定量平臺(tái),極大地促進(jìn)了系統(tǒng)生物學(xué)、臨床研究、生物制藥及 其它相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的高速發(fā)展。
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