蛋白質(zhì)組學(xué)解決方案在高端心血管研究中的應(yīng)用

Dr Manuel Mayr，King’s College London and Dr Paul Humphrey，Thermo Fisher Scientific

本文將討論倫敦國王學(xué)院采用的蛋白質(zhì)組學(xué)解決方案在先進的心血管研究中的重要性。

引言

蛋白質(zhì)組學(xué)是對蛋白質(zhì)的大范圍分析，被認(rèn)為是生物系統(tǒng)研究的下一趨勢。盡管干細(xì)胞療法對于再生醫(yī)學(xué)和組織工程具有很大的潛力，但是干細(xì)胞如何分化為心血管系統(tǒng)細(xì)胞的機理仍不明晰。很多以往的研究著重于基因表達(dá)，但是蛋白質(zhì)組學(xué)能夠在超越基因水平上通過對蛋白質(zhì)改性的研究推進對干細(xì)胞分化的認(rèn)識。

高端蛋白質(zhì)組學(xué)解決方案的出現(xiàn)使得研究者可以揭示干細(xì)胞分化的新認(rèn)識，這一點通過傳統(tǒng)技術(shù)無法獲得。該方法的應(yīng)用可能引出治療和治愈心血管疾病的新方法。

研究進展

倫敦國王學(xué)院James Black中心的心血管蛋白質(zhì)組學(xué)研究團體（The Vascular Proteomics Group）正進行蛋白質(zhì)組學(xué)的最新研究。該團體具有包括基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、多光子共聚焦顯微鏡技術(shù)（multiphoton confocal microscopy）和核磁共振成像技術(shù)（MRI）等一系列核心能力。2007年12月，心血管科獲得了英國心臟基金會頒發(fā)的優(yōu)秀研究獎獎金9,000,000歐元獎金。部分獎金將用于推進蛋白質(zhì)組學(xué)研究應(yīng)用于心血管疾病的發(fā)展。國王學(xué)院的研究焦點之一就是確定干細(xì)胞如何修復(fù)心血管或者缺血心肌。

心血管蛋白質(zhì)組學(xué)研究團體進行研究的目的是解釋干細(xì)胞起源的心血管細(xì)胞不同的蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝特點。因為干細(xì)胞研究對于再生醫(yī)學(xué)和組織工程具有深遠(yuǎn)意義，研究的總體目標(biāo)是鑒別出可能成為促進干細(xì)胞分化的藥物靶標(biāo)的關(guān)鍵蛋白或者小分子。

蛋白質(zhì)組學(xué)在心血管研究中的重要性

以往研究局限于表面標(biāo)記物的表達(dá)來表征干細(xì)胞。然而，細(xì)胞表面標(biāo)記物并不一定表明很多細(xì)胞活化狀態(tài)的信息。但是它可以解釋為什么注射入一個病人體內(nèi)的干細(xì)胞比在另外一個病人體內(nèi)更有效。

心血管蛋白質(zhì)組學(xué)研究團體的目標(biāo)是展示注入病人體內(nèi)的細(xì)胞特性及其分子特性的綜合架構(gòu)。這一目標(biāo)需要通過分離干細(xì)胞和研究其分泌因子來完成。標(biāo)準(zhǔn)的ELISAs（酶聯(lián)免疫吸附試驗）可以一次測試一個分子，質(zhì)譜可以對某個數(shù)值以上的所有蛋白進行綜合測試。分泌蛋白質(zhì)組的復(fù)雜性是非常有限的，因此，即使是ng/mL水平的蛋白質(zhì)，例如細(xì)胞因子和趨化因子，也可以被鑒別出來。

隨著研究的進行，國王學(xué)院將分離出病人的干細(xì)胞，表征其分泌因子，并設(shè)法確定干細(xì)胞如何有益于臨床應(yīng)用。

挑戰(zhàn)

心血管蛋白質(zhì)組學(xué)研究團體進行的研究中，所用設(shè)備的靈敏度和耐受性是非常重要的。國王學(xué)院的研究者和技術(shù)人員是生物醫(yī)學(xué)研究者，因此，該團體所需要的是一種用戶友好，幾乎不需要日常維護，并可以給出高準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的非�？煽康慕鉀Q方案。該解決方案必須可以可進行短肽序列分析和提供準(zhǔn)確的蛋白鑒定。國王學(xué)院要求前沿技術(shù)來支持研究中心多學(xué)科環(huán)境和核心能力。

因此，中心要尋找一種高速、強大而盡少維護的系統(tǒng)，用以發(fā)展鑒別復(fù)雜蛋白質(zhì)的高通量方法。該系統(tǒng)可以保證小組準(zhǔn)確分析很多樣品。操作儀器也需要高度靈敏和高度可靠以便應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)來保證細(xì)胞分化和在移植或者組織修復(fù)中的安全使用。

解決方案

對于這項具體的研究，國王學(xué)院要求一種高靈敏度儀器來處理大數(shù)量的樣品和分析低濃度水平的較大的分子。

國王學(xué)院購買了高性能質(zhì)譜、蛋白質(zhì)鑒定和生物標(biāo)記物發(fā)現(xiàn)工作平臺（Thermo Scientific LTQ Orbitrap XL）和具有電子轉(zhuǎn)移解離能力（ETD）的線性離子阱（Thermo Scientific LTQ XL）等儀器的組合。這些設(shè)備提供了研究必需的高質(zhì)量和高靈敏度。

采用高性能的線性離子阱使得國王學(xué)院可以比傳統(tǒng)離子阱質(zhì)譜輸送更多的結(jié)構(gòu)信息；ETD選項則提供了傳統(tǒng)分析方法無法提供的序列信息。研究小組發(fā)現(xiàn)通過快速交互變換破碎技術(shù)，可以顯著擴大蛋白質(zhì)組的范圍，并增強了蛋白質(zhì)改性鑒定的把握。心血管蛋白質(zhì)組學(xué)研究團體相信ETD技術(shù)是蛋白質(zhì)組學(xué)研究的未來，因而愿意成為首先使用這種前沿設(shè)備的一員。ETD提供了蛋白質(zhì)分析中最前沿的技術(shù)，該組織相信，在未來，ETD將成為蛋白質(zhì)組學(xué)研究中廣泛應(yīng)用的一種破碎技術(shù)。

Orbitrap XL很高的質(zhì)量準(zhǔn)確度和分辨率使得國王學(xué)院可以研究不同干細(xì)胞的分泌因子。即使是低豐度蛋白，仍然可能獲得可靠的匹配，而準(zhǔn)確的質(zhì)量則增加了復(fù)雜基質(zhì)中肽分析的可靠性。

這些不同儀器的組合為復(fù)雜的蛋白質(zhì)分析和智能肽序列分析提供了綜合解決方案。

結(jié)論

國王學(xué)院的心血管蛋白質(zhì)組學(xué)研究組織將蛋白質(zhì)組學(xué)應(yīng)用于干細(xì)胞和心血管研究中。該研究的潛在意義在于應(yīng)用于臨床治療。從長遠(yuǎn)看來，該組織希望鑒定因子，這一點傳遞了干細(xì)胞療法的優(yōu)勢。從藥理學(xué)觀點來看，給病人注入蛋白或者小分子比細(xì)胞要好的多。

將蛋白質(zhì)組學(xué)應(yīng)用于心血管研究中的高級專業(yè)技術(shù)將會幫助今天的研究者推進他們對心血管疾病的認(rèn)識，并有助于將來新藥品的發(fā)現(xiàn)以及基于干細(xì)胞的治療。