蛋白质修饰的组学研究与药物发现

糖基化修饰

　　蛋白质糖基化修饰的研究是翻译后修饰的主要内容之一。有关研究表明，在全部表达的蛋白质中，约50%的蛋白质为糖蛋白，在已发现的蛋白质抗体，实质上相当部分是针对糖链抗原（有统计占全部抗体的70%以上）。蛋白质糖基化主要研究，组织细胞的糖蛋白的全部表达，蛋白质的氨基酸顺序、聚糖的单糖组成及连接键、糖基化位点、修饰方法和蛋白质糖链的结构鉴定，建立糖蛋白质的数据库及其与生理和病理过程的关系。在糖蛋白质组学研究中，新技术新方法的建立和发展具有决定性作用，与人类相关生理和病理相关联、较为独立且完整的研究成果，尚迫切需要方法学和新技术上的系列突破。

　　目前全世界与糖相关的文献，已经从90年10000篇稳定地增长到目前平均每年60000篇，发展势头十分强劲。在糖蛋白质组学研究上，日本已经较为领先，形成的战略包含：蛋白质组学战略（Proteomic strategy,高通量的蛋白质分析）、糖组学战略（glycome strategy, 糖蛋白基因的确定和每一糖基化位点的聚糖图谱）和糖形成战略（glycoform. strategy, 发展聚糖解析的自动化方法）。日本的“糖工程前沿计划”在1991年就启动，但是重点在于单个糖蛋白糖链结构分析及功能的研究。2001年4月起动了人体细胞糖链的研究，发现合成糖链的酶基因和糖链功能的解析；近来又能提出“糖链功能1000”的前沿计划，包括糖信息学、糖生物学和糖工程研究组成的糖系统生物学，目标是阐明糖链的功能，设计“糖药物”用于治疗心血管疾病、癌症、炎症和感染性疾病。国际上肝脏糖基化修饰谱的研究未见实质性启动和报道。美国于1986年创建了复合糖研究中心，2000年建立了50000个糖蛋白的数据库，启动了“线虫糖组学”研究，2001年设立了“功能糖组学”研究项目，目的是阐明蛋白质-糖链的相互作用和连接到的细胞信息机制。美国亦在研究糖链微阵列技术（糖芯片），但是还未真正的在人类组织蛋白质组学中应用。

　　国内的糖蛋白、糖脂和蛋白聚糖的研究已经有多年的历史。大部分集中在功能的研究，单一糖蛋白的结构和功能研究较多，糖基转移酶的改变和疾病的关系。国内在糖蛋白糖链的大规模，高通量分析方法正在启动，需要继续努力，才能常规应用。

　　在糖蛋白质组学与疾病的关系，已经从基础研究的角度研究疾病时细胞和蛋白的聚糖的变化规律、聚糖结构对蛋白功能的研究，内容涉及肿瘤、代谢性疾病、心脑血管疾病、先天性遗传病等等。

　　糖蛋白糖链结构与功能的研究是当前蛋白质组学发展后的重要延伸领域。由于糖链结构分析的复杂性和样品较难处理，结构分析费时，效率低。初步建立高通量、高效率、低成本的研究蛋白质糖基化修饰的共性平台技术，从宏观上了解糖蛋白糖基化修饰的规律，从中寻找有重要生物功能的蛋白质，也是目前国内外糖蛋白研究的趋势。目前国际上对糖蛋白和聚糖的研究大都集中于糖蛋白结构的方法学的研究，在此领域有很大的舞台。

磷酸化修饰

　　蛋白质的磷酸化是仅次与糖基化最普遍最重要也是研究最多的后修饰蛋白质，在哺乳动物细胞蛋白质组中占有约1/3数量比例，蛋白质磷酸化的可逆性在细胞内外各类信号传递、细胞生长、分裂分化、代谢和疾病发生等过程发挥着极其关键的作用。调控蛋白质或酶在特定位点上被蛋白激酶磷酸化后，蛋白质酶会被激活、被抑制或被标记作为其它调节因子靶标。磷酸化的位点主要集中在3个氨基酸位点，90%磷酸化发生在丝氨酸上，9.9%发生在苏氨酸位点上，仅0.1%发生在酪氨酸残基上。信号转导中酪氨酸的磷酸化比例往往增加更多并受到更强的调控。磷酸化对于蛋白质而言是非均一性的，大多数磷酸化蛋白质都有多个磷酸化位点，但这并不意味着某一蛋白质分子的所有潜在的磷酸化位点都是磷酸化的。人类的基因组中有2%的序列来编码磷酸化蛋白质，主要是蛋白质激酶和磷酸酯酶，其中丝氨酸和苏氨酸的数量是酪氨酸激酶的4倍，而它们的磷酸酯酶数量基本相同。

　　磷酸化是所发现的最重要的蛋白修饰，癌症的发生及发展已经被证明与信号通路中蛋白的磷酸化修饰改变密切相关，系统研究癌变过程中蛋白磷酸化修饰的改变有可能获取最丰富的特异蛋白修饰信息；此外，固化金属配体亲和层析技术（IMAC）的出现也为系统研究磷酸化修饰提供了高通量的技术手段。

乙酰化修饰

　　蛋白质的乙酰化是细胞内蛋白质翻译后修饰的一种重要形式。乙酰化蛋白是蛋白质修饰及其生物学意义的另一新兴领域。蛋白乙酰化发生于蛋白中赖氨酸残基的-NH2位。赖氨酸乙酰化可以发生于多种蛋白靶分子。乙酰化修饰使蛋白“获得功能”或“丧失功能”，乙酰化和去乙酰化是蛋白活性调节的一种重要形式，它可以调节基因转录的活性、改变蛋白-蛋白相互作用，导致与发育、增殖相关的疾病。因此，乙酰化蛋白组研究已经成为基因表达、蛋白组学、酶动力学研究中的一个重要内容之一，同时还影响蛋白的磷酸化、泛素化修饰等。

　　乙酰化是一种重要的蛋白翻译后修饰，乙酰化修饰的蛋白在核内参与基因转录调控并直接影响许多重要的抑癌基因的功能，比如p53蛋白。蛋白乙酰化修饰在核外蛋白的研究较少见报道。但是，最近科学家关于乙酰化直接影响核外蛋白功能的发现可能为核外蛋白乙酰化的研究打开了新的大门，尤其是最近对蛋白质乙酰化的初步蛋白组研究向我们展示了乙酰化在细胞功能调控的广泛存在，提示开展对癌症蛋白乙酰化修饰谱的研究有可能让我们获得大量的原创性的研究成果，同时，高亲和力和高特异性的抗乙酰基赖氨酸抗体的出现为系统研究癌蛋白乙酰化提供了必要的技术保障。

　　乙酰化蛋白结构与功能的研究是当前蛋白质组学发展后的重要延伸领域。以往的研究主要集中于个别独立蛋白群，分析费时，效率低。目前为止，国际上乙酰化修饰的大规模、高通量分析方法的研究未见实质性启动和报道。只有极少数的高通量研究乙酰化蛋白质分离鉴定的报道，研究尚未深入，并且还未真正在蛋白质科学中得到应用。因此，建立高通量、高效率、低成本的研究蛋白质乙酰化修饰的共性平台技术，从宏观上了解蛋白乙酰化修饰的规律，从中寻找有重要生物功能的蛋白质，是目前国内外蛋白质修饰研究的趋势。

泛素化修饰

　　蛋白质的泛素化始于上世纪七十年代，1975年首次报道了有关泛素与蛋白质降解之间的联系，证明细胞中存在一种76个氨基酸的丰度蛋白与依赖蛋白酶的酶切反应有关，前者被称为泛素（ubiquittin）。随后的研究鉴定了一系列的酶，它们将泛素间个地或连续地附着到将被降解的蛋白质赖氨酸残基上，这一过程称为蛋白质泛素化（ubiquitnation）。泛素普遍存在于人体内的细胞中。1980年发现泛素的基本功能的三位科学家获得了04年的诺贝尔化学奖。在随后的研究过程中，人们发现真核细胞中泛素化修饰后的靶蛋白可能被降解，可能被转移到细胞或细胞外的特定部分，也有可能导致靶蛋白的功能发生变化，这主要取决于靶蛋白所加的泛素链的结构以及泛素链的长短。因此，蛋白质的泛素化并不一定是一个死亡信号。提出了用蛋白质翻译后的泛素化修饰来描述泛素连接到靶蛋白这一现象。由于泛素所扮演的重要作用，它已经在一定的程度上决定了生命关键过程。

　　因此，泛素化是被广泛研究的蛋白修饰之一，其与癌症发生发展的关系也已经得到证实。但是，由于泛素家族成员的多样性，尚有很多泛素家族成员对蛋白修饰以及与癌症发生发展的关系都有待证实与发现，系统开展癌症相关蛋白各类泛素化修饰的研究不但可以阐明各种蛋白泛素修饰在癌症发生中的作用，更可以获得大量的泛素修饰酶的相关信息，为寻找新的药靶蛋白提供科学依据。

亚硝基化修饰

　　蛋白质亚硝基化修饰可通过影响蛋白质活动，蛋白质表达，亚细胞定位，分子间相互作用对蛋白质功能进行调控。一氧化氮（NO）通过 cGMP 路径的方式來调控许多重要生理功能的研究至今相当成熟。然而，越来越多的的报告显示，NO可以不经由cGMP 路径的方式来执行功能；其中最受到瞩目的是对蛋白的半胱胺酸（cysteine）上进行翻译后修饰，即半胱胺酸亚硝基化作用（S-nitrosylation）來调控，1994年Stamler首先提出了蛋白质亚硝基化的概念。即：一氧化氮作用蛋白质半胱氨酸巯基-SH生成-SNO，并指出一氧化氮通过蛋白质巯基亚硝基化修饰进行氧化还原信号转导调控，像磷酸化一样，亚硝基化有明确靶标，和时间空间精确调控的。一氧化氮是生物信使分子，同时也是代谢信息分子和生物效应分子，人们对一氧化氮进行了广泛的研究，逐步发现，一氧化氮作为一种信号传导分子，它的升高是由一氧化氮合酶的表达水平调控的人体组织中有三种一氧化氮合酶：神经型一氧化氮合酶、内皮型一氧化氮合酶和诱导型一氧化氮合酶，它们分别分布于神经元细胞、血管内皮细胞和巨噬细胞中。

　　研究表明：蛋白质亚硝基化产物在多种疾病中表现异常升高和降低。与亚硝基化修饰的蛋白质组修饰谱研究还没有开展，与疾病相关的关键亚硝基修饰蛋白质分子及其作用机制与通路尚有待发现。因此，建立具有国际先进水平的高通量、高灵敏度、高准确性、高稳定性的蛋白质亚硝基化检测技术平台非常紧迫。以便为揭示这些疾病的发病机理和防治提供新的思路，并为人类健康开辟新的道路。随着人们对蛋白质亚硝基化研究的不断深入，需要从蛋白质组学角度对其进行系统研究，以反映蛋白质亚硝基化修饰对细胞功能调控的全貌。

　　正是由于对蛋白翻译后修饰重要性的重新定位，导致了疾病相关的蛋白修饰蛋白组学研究的迅速崛起，可以预期在未来的3-5年时间内国际上将会产生大量的疾病相关的蛋白修饰谱蛋白组研究成果，并最终导致大量新的疾病标志物和疾病特异药靶蛋白的发现。以蛋白的乙酰化为例，自20多年前发现蛋白的乙酰化修饰以来，对蛋白乙酰化功能的认识几乎一直局限在乙酰化对于转录的调控，但是，初步的细胞蛋白乙酰化研究表明：细胞内有大量的蛋白能够被乙酰化修饰，尤其是在线粒体内. 乙酰化如此广泛的存在提示其重要的生理功能，也为寻找新的疾病治疗手段开辟了新的领域。此外值得重视的是，近年来在临床癌症治疗中取得突出效果的特异抗癌药物Gleevec正是基于调节蛋白翻译后修饰（抑制蛋白磷酸激酶活性）的抗癌新药，Gleevec的成功不但验证了对蛋白翻译后修饰进行重点深入研究的必要性，更可以预见未来国际医药产业在蛋白翻译后修饰领域的竞争将日趋激烈。分析测试百科网qZ'c3b(y-X}