蛋白质芯片的分类及检测方法 蛋白质芯片技术特点和应用前景

一、什么是蛋白质芯片




蛋白质芯片一般是微阵列的一种美因茨也叫蛋白质微阵列，它是将大量的蛋白质、蛋白质检测试剂或检测探针作为配基以预先设计的方式固定在玻片、硅片或纤维膜等固定载体上组成密集的阵列，能够高通量地测定蛋白质的生物活性、蛋白质与大分子和小分子的相互作用，或者用于高通量定性和定量检测蛋白质。



二、蛋白质芯片的分类及检测方法


根据其被测蛋白的介质不同，蛋白质芯片可以大致分为两大类化学型蛋白质芯片和生物化学型蛋白质芯片。



1、化学类蛋白质芯片


该类芯片的构想来源于经典色谱的介质，芯片上所铺的介质可通过疏水力、静电力、共价键等结合被测样品中的蛋白质，然后用特定的洗脱液去除杂质蛋白而保留感兴趣者。其缺点是特异性较差，但目前仍占已商品化并得到广泛应用的蛋白质芯片中的大部分。这一方法具有样品用量小、操作简便、灵敏度高、高通量等优点。



2、生物化学型蛋白质芯片


该类芯片的基本原理是将已知的生物活性分子(如抗体、受体、配体、核酸等)结合到芯片表面，来俘获样品中的靶蛋白。由于生物活性分子的多样性和高度特异性，所以其应用范围和前景都明显优于化学型蛋白质芯片。但由于蛋白质比DNA难合成，更难于在固相支持物表面合成，且定位于固相载体表面的蛋白质容易因空间构象的改变而失活，造成了该类芯片的开发应用与商品化落后于化学型芯片。



3、蛋白质芯片的检测方法


目前在蛋白质芯片检测中应用Z广的是荧光染料标记，原理较为简单、使用安全、敏感性高，且有很好的分辨率。



表面加强激光解吸/电离-飞行质谱仪具有简便易行、分析速度快、样品用量少和高通量等特点，可直接检测各种体液如**、血液、脑脊液、关节腔滑液、支气管洗脱液、细胞裂解液和各种分泌物等。用荧光染料Cy3或Cy5直接标记待检测的蛋白质，或用荧光染料标记该蛋白质的二抗，和芯片上的蛋白质结合后，用激光扫描和CCD照相技术对激发的荧光信号检测，用计算机和相应的软件系统进行分析。对于低丰度的蛋白质样品来说，荧光和化学发光的检测方法的灵敏度低，近年来出现的滚环扩增方法对捕获的蛋白质的检测达到了飞摩尔的量级，有望改善荧光检测的灵敏度。蛋白质芯片联合表面加强激光解吸/电离-飞行质谱检测法。







三、蛋白芯片的应用领域和前景


目前，蛋白质芯片被研究人员应用到生命研究的各个领域，如利用蛋白芯片发现新的蛋白并且阐明其功能；寻找与疾病有关或直接引发疾病的新蛋白；发现新的药物靶标和肿瘤标记物。近来在蛋白质的固定、反应和检测等方面的研究进展为蛋白质芯片的走向成熟铺平了道路，许多研究者已经采用蛋白质芯片作为他们研究的工具。



1、肿瘤标志物的筛选与检测


Z近这些年，肿瘤的诊断与ZL虽然已经取得了巨大的进步，但是与人们的期望仍有距离，利用蛋白质芯片的高通量优点，可以使肿瘤标记物的发现和确认速度大大加快。Roboz等采用SELDI-TOSMS技术，分析了大肠癌患者与正常对照之间的血清蛋白图谱之间的差异，其中大肠癌患者高表达8.9kD蛋白，而9.3kD的蛋白呈低表达，正常对照组上述两个蛋白的表达情况与患者组正好相反。实验过程中用胰岛素作为内标参照。根据质谱检测结果患者组8.9kD表达量为正常对照组的3倍。实验结果表明8.9kD和9.3kD蛋白可作为检测大肠癌的肿瘤标记物。Rosty等通过对胰 腺分泌液的分析发现，67%(10/15)的胰 腺癌患者和17%(1/7)的其它胰 腺病患者出现16.57kD蛋白的高表达，免疫分析证实为肝癌-肠-胰 腺/胰 腺炎联合蛋白。该蛋白≥20mg/ml时，患者患胰 腺癌的可能性增大。



2、蛋白质芯片与疾病的诊断


微阵列的ELISAs在疾病的诊断中有广泛的应用前景，可以同时检测生物样本中的多个指标，敏感度高且需要的样本量少，试剂的消耗量少。在聚苯乙烯的96孔板上固定细胞因子抗体，在5?50ul样本中可一次检测9种细胞因子，检测的灵敏度达到1?10pg/ml，目前已有类似的细胞因子抗体芯片出现，一次可以检测50种细胞因子的表达，可以用于观测用药后病人对ZL药物的反应。抗原和抗体的相互作用可以用来发现食物中的变应原，将已知的多种变应原制成芯片，然后用病人的血清和芯片反应，可以及时找到变应原。通过和正常人血清反应芯片的比较，还可以更进一步研究过敏反应的机理，以及为什么不同个体对同种变应原有不同的反应。



四、存在的问题和发展前景


蛋白质芯片将为生物化学和分子生物学提供强有力的工具，相对于DNA芯片研究的进展速度，蛋白质芯片的研究进展显得相对滞后，主要有以下问题待解决(1)简化样品制备和标记操作；(2)寻找材料表面的修饰方法；(3)增加信号检测的灵敏度，如低拷贝蛋白质的检测和难溶蛋白质的检测；(4)高度集成化样品的制备及检测仪器的研制和开发。这些问题不仅为蛋白质芯片技术增加了难度，同时也是蛋白质芯片能否从实验室推向临床应用的关键所在。



随着研究的不断深人和技术的更加完善，如表面化学修饰技术的进步，可以做到在载体上固定多种活性蛋白质；蛋白质工程可获得大量重组高特异性蛋白质用于芯片制作；纳米技术标记的引人可提高芯片检测的灵敏度。蛋白质芯片技术可以对成千上万的蛋白质的活性、功能、相互作用进行分析，并且使检测系统小型化，大大节约了样本和试剂的用量，缩短了检测时间，提高了敏感性，使成本效益比大大降低。蛋白质芯片技术作为一项有着广泛前途的新型技术，一旦投入实际应用，将在21世纪医学中的临床诊断、药物研究、环境检测、食品工业等方面显示出巨大的应用前景和潜在的市场，随着其产业化和规模化的进程，蛋白质芯片技术将在生命科学及医学等领域显示出特有的优势。