蛋白质晶片 _生活百科

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蛋白质晶片【蛋白质晶片】蛋白质晶片是一种高通量的蛋白功能分析技术，可用于蛋白质表达谱分析，研究蛋白质与蛋白质的相互作用，甚至DNA－蛋白质、RNA－蛋白质的相互作用，筛选药物作用的蛋白靶点等。
基本介绍中文名：蛋白质晶片
外文名：Protein chip
含义：蛋白功能分析技术
用途：蛋白质表达谱分析
研究对象：蛋白质
原理：对固相载体进行特殊的化学处理
分类：微孔板蛋白质晶片等
原理蛋白晶片技术的研究对象是蛋白质，其原理是对固相载体进行特殊的化学处理，再将已知的蛋白分子产物固定其上（如酶、抗原、抗体、受体、配体、细胞因子等），根据这些生物分子的特性，捕获能与之特异性结合的待测蛋白（存在于血清、血浆、淋巴、间质液、尿液、渗出液、细胞溶解液、分泌液等），经洗涤、纯化，再进行确认和生化分析；它为获得重要生命信息（如未知蛋白组分、序列。体内表达水平生物学功能、与其他分子的相互调控关係、药物筛选、药物靶位的选择等）提供有力的技术支持。固体晶片的构建常用的材质有玻片、硅、云母及各种膜片等。理想的载体表面是渗透滤膜（如硝酸纤维素膜）或包被了不同试剂（如多聚赖氨酸）的载玻片。外形可製成各种不同的形状。Lin，SR等人引採用APTS-BS3技术增强晶片与蛋白质的结合。探针的製备低密度蛋白质晶片的探针包括特定的抗原、抗体、酶、吸水或疏水物质、结合某些阳离子或阴离子的化学集团、受体和免疫複合物等具有生物活性的蛋白质。製备时常常採用直接点样法，以避免蛋白质的空间结构改变。保持它和样品的特异性结合能力。高密度蛋白质晶片一般为基因表达产物，如一个cDNA文库所产生的几乎所有蛋白质均排：列在一个载体表面，其芯池数目高达1600个/cm2，呈微距阵排列，点样时须用机械手进行，可同时检测数千个样品。生物分子反应使用时将待检的含有蛋白质的标本如尿液、血清、精液、组织提取物等，按一定程式做好层析、电泳、色谱等前处理，然后在每个芯池里点入需要的种类。一般样品量只要2-10μL即可。根据测定目的不同可选用不同探针结合或与其中含有的生物製剂相互作用一段时间，然后洗去未结合的或多余的物质，将样品固定一下等待检测即可。信号检测分析直接检测模式是将待测蛋白用萤光素或同位素标记，结合到晶片的蛋白质就会发出特定的信号，检测时用特殊的晶片扫瞄器扫描和相应的计算机软体进行数据分析，或将晶片放射显影后再选用相应的软体进行数据分析。间接检测模式类似于ELISA方法，标记第二抗体分子。以上两种检测模式均基于阵列为基础的晶片检测技术。该法操作简单、成本低廉，可以在单一测量时间内完成多次重複性测量。国外多採用[color=#990000][b]质谱[/b][/color](mass spectrometry．MS）分析基础上的新技术，如表面加强的雷射离子解析一飞行时间质谱技术（SELDI-TOF-MS），可使吸附在蛋白质晶片上的靶蛋白离子化，在电场力的作用下计算出其质量电荷比，与蛋白质资料库配合使用，来确定蛋白质片段的分子量和相对含量，可用来进行检测蛋白质谱的变化。光学蛋白晶片技术是基于1995年提出的光学椭圆生物感测器的概念。利用具有生物活性的的晶片上靶蛋白感应表面及生物分子的特异性结合性，可在椭偏光学成像观察下直接测定多种生物分子。分类蛋白晶片主要有三类：蛋白质微阵列、微孔板蛋白质晶片、三维凝胶块晶片等。蛋白质微阵列哈佛大学的Macbeath和SchreiberL等报导了：通过点样机械装置製作蛋白质晶片的研究，将针尖浸入装有纯化的蛋白质溶液的微孔中，然后移至载玻片上，在载玻片表麵点上1nl的溶液，然后机械手重複操作，点不同的蛋白质。利用此装置大约固定了10，000种蛋白质，并用其研究蛋白质与蛋白质间，蛋白质与小分子间的特异性相互作用。Macbeath和Schreiber首先用一层小牛血清白蛋白（BSA）修饰玻片，可以防止固定在表面上的蛋白质变性。由于赖氨酸广泛存在于蛋白质的肽链中，BSA中的赖氨酸通过活性剂与点样的蛋白质样品所含的赖氨酸发生反应，使其结合在基片表面，并且一些蛋白质的活性区域露出。这样，利用点样装置将蛋白质固定在t3SA表面上，製作成蛋白质微阵列。微孔板蛋白晶片Mendoza等在传统微滴定板的基础上，利用机械手在96孔的每一个孔的平底上点样成同样的四组蛋白质，每组36个点（4×36阵列），含有8种不同抗原和标记蛋白。可直接使用与之配套的全自动免疫分析仪，测定结果。适合蛋白质的大规模、多种类的筛选。三维凝胶块晶片三维凝胶块晶片是美国阿贡国家实验室和俄罗斯科学院恩格尔哈得分子生物学研究所开发的一种晶片技术。三维凝胶块晶片实质上是在基片上点布以10000个微小聚苯烯醯胺凝胶块，每个凝胶块可用于靶DNA、RNA和蛋白质的分析。这种晶片可用于筛选抗原抗体、酶动力学反应的研究。该系统的优点是：凝胶条的三维化能加进更多的已知样品，提高检测的灵敏度；蛋白质能够以天然状态分析，可以进行免疫测定、受体、配体研究和蛋白质组分分析。套用基因表达的筛选AngelikaL．等人从人胎儿脑的cDNA文库中选出92个克隆的粗提物製成蛋白质晶片，用特异性的抗体对其也进行检测，结果的準确率在87%以上，而用传统的原位滤膜技术準确率只达到63% 。与原位滤膜相比，用蛋白质晶片技术在同样面积上可容纳更多的克隆，灵敏度可达到pg级。抗原抗体检测在CavinM．等人的实验中，蛋白质晶片上的抗原抗体反应体现出很好的特异性，在一块蛋白质晶片上10800个点中，根据抗原抗体的特异性结合检测到唯一的1个阳性位点。Cavin M．指出，这种特异性的抗原抗体反应一旦确立，就可以利用这项技术来度量整个细胞或组织中的蛋白质的丰富程度和修饰程度。其次利用蛋白质晶片技术，根据与某一蛋白质的多种组分亲和的特徵，筛选某一抗原的未知抗体，将常规的免疫分析微缩到晶片上进行，使免疫检测更加方便快捷。筛选及研究常规筛选蛋白质主要是在基因水平上进行，基因水平的筛选虽已被运用到任意的cDNA文库，但这种文库多以噬菌体为载体，：通过噬菌斑转印技术（plaque life procedure）在一张膜上表达蛋白质。但由于许多蛋白质不是全长基因编码，而且真核基因在细菌中往往不能产生正确摺叠的蛋白质，况且噬菌斑转移不能缩小到毫米範围进行，所以这种方法的局限性，靠蛋白质晶片弥补。酶作为一种特殊的蛋白质，可以用蛋白质晶片来研究酶的底物、激活剂、抑制剂等。蛋白质晶片为蛋白质功能研究提供了新的方法，合成的多肽及来源于细胞的蛋白质都可以用作製备蛋白质晶片的材料。Uetz将蛋白质晶片引入酵母双杂交研究中，大大提高了筛选率。建立了含6O0O个酵母蛋白的转化子，每个都具有开放性可阅读框架（Open Reading Frame，0FR）的融合蛋白作为酵母双杂交反应中的激活区，此蛋白质晶片检测到192个酵母蛋白与此发生阳性反应。生化反应的检测对酶活性的测定一直是临床生化检验中不可缺少的部分。Cohen用常规的光蚀刻技术製备晶片、酶及底物加到晶片上的小室，在电渗作用中使酸及底物经通道接触，发生酶促反应。通过电泳分离，可得到萤光标记的多肽底物及产物的变化，以此来定量酶促反应结果。动力学常数的测定表明该方法是可行的，而且，萤光物质稳定。Arenkov进行了类似的试验，他製备的蛋白质晶片片的一大优点，可以反覆使用多次，大大降低了试验成本。药物筛选疾病的发生髮展与某些蛋白质的变化有关，如果以这些蛋白质构筑晶片，对众多候选化学药物进行筛选，直接筛选出与靶蛋白作用的化学药物，将大大推进药物的开发。蛋白质晶片有助于了解药物与其效应蛋白的相互作用，并可以在对化学药物作用机制不甚了解的情况下直接研究蛋白质谱。还可以将化学药物作用与疾病联繫起来，以及药物是否具有毒副作用、判定药物的治疗效果，为指导临床用药提供实验依据。另外，蛋白晶片技术还可对中药的真伪和有效成分进行快速鉴定和分析。疾病诊断蛋白质晶片技术在医学领域中有着潜在的广阔套用前景。蛋白质晶片能够同时检测生物样品中与某种疾病或者环境因素损伤可能相关的全部蛋白质的含量情况，即表型指纹（phenomic fingerprint）。表型指纹对监测疾病的过程或预测，判断治疗的效果也具有重要意义。Ciphelxen Biosystems公司利用蛋白质晶片检测了来自健康人和前列腺癌患者的血清样品，在短短的三天之内发现了6种潜在的前列腺癌的生物学标记。Englert将抗体点在片基上，月它检测正常组织和肿瘤之间蛋白质表达的差异，发现有些蛋白质的表达，如前列腺组织特异抗原，明胶酶蛋白在肿瘤的发生髮展中起着重要的作用，这给肿瘤的诊断和治疗带来了新途径。套用蛋白质晶片在临床上还发现乳腺癌患者中的28.3KD的蛋白质；存在于结肠癌及其癌前病变患者的血清13.8KD的特异相关蛋白质。优点它具有以下优点：⒈ 直接用粗生物样品（血清、尿、体液）进行分析⒉ 同时快速发现多个生物标记物⒊ 小量样品⒋ 高通量的验证能力⒌ 发现低丰度蛋白质⒍ 测定疏水蛋白质：与“双相电泳加飞行质谱”相比，除了有相似功能外，并可增加测定疏水蛋白质⒎ 在同一系统中集发现和检测为一体特异性高利用单克隆抗体晶片，可鉴定未知抗原/蛋白质，以减少测定蛋白质序列的工作量。8.可以定量利用单克隆抗体晶片，由于结合至晶片上的抗体是定量的，故可以测定抗原量，但一般飞行质谱不用于定量分析。9.功能广 I. 利用单克隆抗体晶片，可替代 Western Blot，Ⅱ. 利用单克隆抗体晶片，可互补流式细胞仪不足的功能，如将细胞溶解，可测定细胞内的抗原，而且灵敏度远高于流式细胞仪）。面临挑战蛋白质晶片还面临着诸多挑战，未来的发展重点集中在以下几个方面：⑴建立快速、廉价、高通量的蛋白质表达和纯化方法，高通量製备抗体并定义每种抗体的亲和特异性；第一代蛋白检测晶片将主要依赖于抗体和其他大分子，显然，用这些材料製备複杂的晶片，尤其是规模生产会存在很多实际问题，理想的解决办法是採用化学合成的方法大规模製备抗体。⑵ 改进基质材料的表面处理技术以减少蛋白质的非特异性结合。⑶ 提高晶片製作的点阵速度；提供合适的温度和湿度以保持晶片表面蛋白质的稳定性及生物活性。⑷ 研究通用的高灵敏度、高解析度检测方法，实现成像与数据分析一体化。另外，微流路晶片、晶片实验室与微阵列晶片技术并驾齐驱，是生物晶片技术的三驾马车，并逐步实现产业化。已经商品化的生物晶片多为微阵列晶片，而微流路晶片和晶片实验室正处于研究阶段。