糖蛋白的蛋白质组学研究

在20世纪中后期，随着DNA双螺旋结构地提出和蛋白质空间结构的解析，生命科学研究进入了分子生物学时代，对遗传信息载体DNA和生命功能的体现者蛋白质的研究，成为了其主要内容。90年代初期启动的庞大的人类基因组计划，在经过各国科学家多年的努力下，已经取得了巨大的成就。人类基因组的全序列测定已经完成。生命科学已跨入了后基因组时代。

在后基因组时代，研究中心将从揭示生命的所有遗传信息转移到在整体水平上对功能的研究。这种转向的第一个标志是产生了功能基因组这一新学科，即从基因组整体水平上对基因的活动规律进行阐述。但是，由于生物功能的主要体现者是蛋白质，而蛋白质有其自身特有的活动规律，仅仅从基因的角度来研究是远远不够的。蛋白质的修饰加工、转运定位、结构形成、蛋白质与蛋白质的相互作用、蛋白质与核酸的相互作用等，均无法从在基因组水平上的研究获知。90年代中期，国际上萌发了一门研究细胞内全部蛋白质的组成及其活动规律的新兴学科：蛋白质组学（Proteomics）。

蛋白质组(Proteomic)的概念最早是在1994年由澳大利亚Macquarie大学的Marc Wilkins 和Keith Williams首先提出来[1-4]，是指基因组表达的所有相应的蛋白质，也可以说是指细胞或组织或机体全部蛋白质的存在及其活动方式。蛋白质组学以蛋白质组为研究对象，从整体的蛋白质水平上，在一个更加深入生命本质的层次上去探索和发现生命活动规律。

蛋白质组研究当前还处于一个初期发展阶段，相关技术手段及其配套应用还很不成熟。因此，蛋白质组研究技术体系的建立、优化与改进成为蛋白质组学研究目前的主要目标之一。但尽管蛋白质组研究刚开始不久，其进展还是显著的。科学家们预测，21世纪生命科学的重心将从基因组学转移到蛋白质组学，生命科学领域内一个崭新的时代——蛋白质组时代即将到来。

目前，美国、澳大利亚、欧洲和日本等近10个国家开展了蛋白质组学研究，并纷纷成立了有关的研究机构和公司，美国各主要大学和药厂均迅速启动了蛋白质组研究。我国国家自然科学基金和“973”已将蛋白质组研究列为重大项目进行研究。中科院上海生化所及军事科学医学院等正在从事蛋白质学研究工作。1998年在中科院上海生化所曾举办了两次全国性的蛋白质组学术研讨会，推动我国蛋白质组学的研究。国际上许多大公司和药厂也纷纷进入了这一研究领域。从蛋白质组学这个领域研究的一开始，基础研究和实际应用的期望就表现出强烈结合的趋势。

蛋白质组与基因组相比，各有其特点。首先，基因组具有均一性，即在同一生物个体的所有体细胞中是一样的。蛋白质组则具有多样性。在生命发育不同阶段的细胞蛋白质种类的构成是不一样的；不同组织中细胞表达的蛋白质也有着很大的差异。其次，基因组非常稳定，不易发生变化，而细胞蛋白质组则是动态的、可变的，即使是同一种细胞在生长和活动的不同时期、在不同条件下，其蛋白质组也是在不断改变之中的。这一特点也就使得蛋白质组的研究的切入点很多，创新性很强。功能蛋白质组学(Functional Proteomics)的研究可以注重从局部入手，以细胞内的蛋白质群体为主要研究对象，重点放在那些可能涉及到特定功能机理的蛋白质群体上。其群体可大可小，取决于要研究的功能特点和研究方法、手段和实验设计等。

总体上看，蛋白质组研究可包括两个方面，一是对蛋白质的表达模式（或蛋白质组组成）的研究，另一方面是对蛋白质的功能模式（目前主要集中在蛋白质相互作用网络关系）的研究。对蛋白质组组成的分析鉴定是蛋白质组学中的与基因组学相对应的主要内容。它要求对蛋白质组进行表征，即所有蛋白质的分离与鉴定及其图谱化。具体有两个步骤：第一步是从样品中分离蛋白质，第二步是鉴定被分离的蛋白质[5-7]。双向凝胶电泳（2DGE）和质谱（MS）技术是当前上述步骤中的两大支撑技术。

目前，二维凝胶电泳（2DGE）、亲合色谱和毛细管电泳便成为三种用来分离蛋白质组组分的主要手段。一种细胞或组织的蛋白质经(2DGE)分离形成一个蛋白质组的二维图谱，通过计算机模式识别分析各蛋白质的等电点和分子量参数及蛋白质点强度、面积等，在结合以质谱分析为主要手段的蛋白质鉴定及数据库检索，从而大量鉴定其蛋白质组成员，建立相应的蛋白质组数据库；比较在变化了的条件下蛋白质组所发生的变化，从而发现和鉴定出特定的蛋白质。

对于功能蛋白质的研究是蛋白质组研究的主要任务，生物体的功能蛋白质大多数是糖蛋白。糖蛋白是在蛋白质肽链上某些特殊部位的羟基或酰胺基或糖链上的羟基形成糖肽键的一类有侧链的复杂大分子物质，在生物体中它们以各种形式存在，糖蛋白包括酶、载体、蛋白激素、毒素、各种凝集素和结构蛋白，这些糖蛋白直接影响着生物体各种功能的正常发挥[8-11]。

西北大学现代分离科学研究所是陕西省重点实验室，主要从事现代分离科学理论、生物大分子的分离纯化及基因工程产品的下游生产工艺的最优化研究。在近20年的发展中，在对生物大分子的分离纯化方面建立了计量置换理论体系，同时积累了丰富的经验。可以说在蛋白质组学研究中有相当的优势和特色。我们相信在当前生命科学这一前沿领域中一定能大有作为。

我们拟选择与人类重要生命活动紧密相关的糖蛋白为研究对象，使用自己合成的不同类型凝集素的高效亲合色谱柱，特异性吸附不同类型的糖蛋白，借助2D凝胶电泳和反相液相色谱分离各种组分，用飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）鉴别糖蛋白，发掘与重大疾病发生发展密切相关的蛋白质，为重大疾病的防治提供新的预警、诊断标志物和新的药物靶标。该项目的研究具有重要的学术价值和潜在的应用前景[12-15]。

参考文献

1. Anderson, N L, Anderson N G. Electrophoresis, 1998, 19: 1853-1861.

2. 李伯良. 生命的化学，1998，18（6）：1-4。

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5. Lepez, M. F. Journal of Chromatography B, 1999, 722: 191-202.

6. 张永正，陈耀全，化学与生命科学，北京，化工出版社，1992.

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8. Dalton R, Abbott A. Nature, 1999, 420(6763): 718-719.

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12. Ji, J. Y., Chakraborty, Geng, M. H., Regnier, F. E., J. Chromatogr B, 2000, 745: 197-210.

13. M. R. Wilkins. Biotechnology, 1996, 14: 61-65.

14. J. R. Yates, J. Mass Spectrom. 1998, 33:6-13.

15. P. J. Rosenfeld, T. J.J. Kelly, Biol. Chem. 1996, 261: 1398.