浅议肿瘤学中蛋白质芯片技术的运用_教学论文

浅议肿瘤学中蛋白质芯片技术的运用: 来源: 生物网| 2016-12-03 发表| 教学分类：教学论文

近年来，随着免疫学的飞速发展，生物芯片技术作为一种新的高效的实验手段，也迅速发展起来。以蛋白质为研究对象的蛋白质组学结合生物芯片技术理念，也迅速发展了以高通量、微型化、自动化和高度并行性为特点的蛋白质组学检测技术---蛋白质芯片(proteinchip)技术。目前蛋白质芯片的研究和开发已成为热门领域。UetzP等[1]利用酵母细胞建立了第一个全蛋白质组芯片;Mac-BeathG等[2]在2000年首次报道了利用蛋白质芯片进行蛋白质相互作用及与小分子作用的研究;第四军医大学全军基因诊断技术研究所于1999年研制成功我国第一块医用蛋白质芯片[3];中国科学家研制的肿瘤标志物联合检测(C-12)蛋白质芯片获国家药监局颁发的生物制品一类新药证书。蛋白质芯片技术的研究为疾病诊断治疗[4-5]、药物筛选、蛋白质组学研究[6]、食品卫生监督[7]、环境监测、司法鉴定[8]等众多领域带来巨大的革新空间。

1蛋白质芯片技术概述

蛋白质芯片，也称蛋白质微阵列(proteinmi-croarray)，是将位置及序列已知的大量蛋白、多肽分子、酶等以预先设计的方式固定在玻片、硅片、聚丙烯酰胺凝胶等载体上组成密集分子排列，通过探针蛋白特异性地捕获样品中的靶蛋白，利用激光扫描系统或电荷偶联照像系统对标记的信号强度进行检测，或利用表面增强激光解析离子化-飞行时间质谱技术直接检测靶蛋白，从而对其进行定性、定量分析。最早进行蛋白质芯片研究的是德国科学家Lueking.目前，蛋白质芯片技术已成功应用于高通量的药物筛选，并用于药物研究和分析。此外，蛋白质芯片技术在食品分析，环境保护及卫生检验等领域也显示出良好的发展前景。

2蛋白质芯片技术在肿瘤研究中的应用

肿瘤严重威胁着人类生命并影响人们的生活质量，2012年我国新发肿瘤病例约312万，全国肿瘤死亡率为180.54/10万，每年因癌症死亡病例达270万例[9].肿瘤早期诊断和抗肿瘤药物的研究已成为当今科研领域的重大攻关项目。蛋白质芯片技术不但在蛋白质水平上为全基因组的基因功能分析提供一个多功能的强大的研究手段，而且还可以通过蛋白质差示分析或蛋白质谱，对一些表达上调或下调的蛋白质进行定性、定量分析，对揭示肿瘤的发病规律、寻找肿瘤标志物、肿瘤的早期诊断及抗肿瘤药物的研发具有积极的推动作用。

2.1肿瘤致病机理的研究肿瘤的发生发展是一个复杂的多阶段过程，蛋白质芯片技术可以在蛋白组整体水平上研究肿瘤的发生机制。一些学者利用蛋白质芯片检测正常组织和肿瘤组织之间蛋白质表达的差异，还有一些学者应用蛋白质芯片技术对乳腺癌、卵巢癌、头颈部鳞状上皮细胞癌等多种肿瘤的特异性生物标记分子做了蛋白质组图谱鉴定，蛋白质芯片技术为了解肿瘤的致病机理提供了新手段，其应用前景非常广泛。

2.2肿瘤生物学标志物的研究通过比较正常与肿瘤细胞或组织中蛋白质在表达量上的差异，可以发现与肿瘤相关的蛋白和肿瘤特异性蛋白，可用于肿瘤诊断、监测，或作为治疗靶位的肿瘤标志物及治疗效果的监测。蛋白质芯片技术在肿瘤生物学标志物筛选方面较其他方法有无可比拟的优势，美国Ci-phergenBiosystems公司生产的蛋白质芯片建立在SELDI-TOF-MS的基础上，通过比较分析健康人和前列腺癌患者血清样本的蛋白质表达谱的异同，仅用时3d就发现了6种潜在的前列腺癌标志物，这如果在过去，至少需要数月到数年的时间。

近年来，我国许多学者将蛋白质芯片技术检测肿瘤相关蛋白或肿瘤特异性蛋白应用于临床。应用于乳腺癌[10]、胃癌[11]、肾癌[12]、结直肠癌[13]、鼻咽癌[14]、食管癌[15]等的早期诊断或复发研究，构建了一些疾病的诊断模型或检测出有鉴别意义的血清蛋白标志物，在癌症的早期诊断及提高诊断效率或观察远期复发等方面有较大的价值。相信其目前在技术和应用两个方面所存在的问题亦能在较短的时间内得到较大程度的改善，最终使这一极具潜力的技术在临床上得到广泛的应用。

2.3抗肿瘤药物的研究近年来，肿瘤发病率日益增高，世界各国对抗肿瘤药物的研究高度重视，蛋白质芯片技术在药物和蛋白质之间架起一座桥梁，大大加速了药物开发进程，蛋白质芯片在抗肿瘤药物研发中的应用主要有以下几个方面。

2.3.1研究抗肿瘤药物的作用靶点肿瘤的发展过程与某些蛋白质的变化有关，蛋白质芯片直接对这些蛋白质进行体外研究，利用其高通量、大规模的特点，可以快速、高效筛选出药物作用靶点，为新药研发筛选出更加合理的药物靶点。Ge报道了用蛋白质芯片技术定量测定蛋白质与DNA、蛋白质与蛋白质、蛋白质与RNA以及蛋白质与其他小分子化学物质的相互作用，并且他认为蛋白质芯片技术是检测癌症和其他人类疾病药物靶蛋白的有效方法。

2.3.2筛选新型抗肿瘤药物药物筛选是抗肿瘤药物研发过程中非常重要的一个环节，在寻找新型的抗肿瘤药物时，往往需要筛选几千甚至更多种化合物，这时自动化、高通量的筛选技术就显得十分重要。蛋白质芯片技术可以省掉大量的动物实验，大大缩短药物筛选所需的时间，为药物的筛选提供了一个重要手段。另一方面，目前蛋白质、多肽类药物层出不穷，被广泛用于人类疾病的治疗。虽然蛋白质芯片研究还处于初期发展阶段，其在药物筛选方面的应用仍存在一些技术问题，尚未完全解决，但我们相信随着其不断地深入发展，蛋白质芯片将为抗肿瘤药物的筛选提供一个重要的研究平台。

2.3.3评价抗肿瘤药物的安全性蛋白质芯片有助于了解药物与其效应相关蛋白质的相互作用。HeQY等人就联合应用SELDI-TOF和Cu-蛋白芯片，WCX-蛋白芯片对微量砷诱导的细胞转化作了详细研究。经不同方法处理，细胞提取液中的蛋白图谱明显不同，对这些蛋白质的鉴定可以促进了解砷诱导致癌作用的机制。应用蛋白质芯片可以在药物作用机制不明确的情况下，直接研究蛋白质谱，将药物作用与疾病联系起来，判定治疗效果、监控药物的毒副作用，从而选择合适的剂量为指导临床用药提供实验依据，促进药理学和毒理学的发展。同时对已知药物的毒理学蛋白质组分析，可以鉴定组织损伤的特异性标志物，为临床前安全评价提供指标，减少临床实验风险。

3结语

蛋白质芯片技术日益蓬勃，尤其是它的出现极大加速了肿瘤早期诊断和抗肿瘤药物的研究进程。但目前蛋白质芯片技术的发展仍然面临许多的挑战，芯片制备比较复杂，点样及检验设备昂贵，这些问题都限制了该技术的广泛开展。因此，简化样品制备及标记操作，保持蛋白质的完整性和天然活性，提高蛋白质芯片的特异性，增加检测灵敏度成为今后研究的重点。随着蛋白质芯片技术的不断完善和发展及人们对这项技术的了解不断深入，必将有力推动肿瘤研究的发展，为肿瘤的早期发现、早期诊断、个体化治疗及抗肿瘤药物的研发等提供强大的助推力。

参考文献

[1]UetzP,GiotL,CagneyG,etal.Acomprehensiveanalysisofprotein-proteininteractionsinsaccharomycescerevisiae[J].Nature,2000,403(6770)：623-627.

[2]Mac-BeathG,SchreiberSL.Printingproteinasmicroarraysforhigh-hroughputfunctiondetermination[J].Science,2000,289(8)：1760-1763.

[3]白东亭，祁自柏。生物芯片研究开发进展[J].微生物学免疫学进展，2002,30(3)：108-112.

[4]YuX.Schneiderhan-MarraN,JoosTO.Proteinmicroerraysforper-sonalizedmedicine[J].ClinChem,2010(56)：376-387.

[5]吴佳玲，汤宏顺。酶联免疫反应加速法与常规方法定量检测肿瘤标志物CEA的比较[J].实验与检验医学，2010,28(2)：143-144.

[6]眭维国。蛋白质芯片技术及其在全基因组翻译后修饰分析中的应用[J].医学综述，2013,19(1)：38-40.

[7]唐先明，何志一，刚宏林。蛋白质芯片技术在肉制品分析检测中的应用[J].食品研究与开发，2014,35(11)：120-122.

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