高豐度蛋白去除與低豐度富集方法的原理及特點

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01，血液蛋白質(zhì)組特點

血漿與血清是從全血中分離出的一種十分復(fù)雜和多樣化的基質(zhì),包含數(shù)百萬種蛋白質(zhì)和小分子多肽、鹽、類脂、 氨基酸和糖等。血液蛋白參與機體免疫、 凝血-抗凝血、物質(zhì)運輸、營養(yǎng)和對生體信號調(diào)節(jié)等多種重要的生理功能。人體器官的病理變化可以直接導(dǎo)致血液蛋白在結(jié)構(gòu)和數(shù)量上的改變, 這種特征性的變化對疾病診斷和療效監(jiān)測具有十分重要的意義。但是目前只有很少一部分血液蛋白被用于常規(guī)的臨床診斷。全面而系統(tǒng)地認(rèn)識健康和疾病狀態(tài)下血液循環(huán)中血液蛋白的性質(zhì), 會極大地加速對具有疾病診斷和治療監(jiān)測作用的血液標(biāo)志蛋白的研發(fā)。
 

迄今為止我們對血液蛋白的了解還十分有限,血液蛋白質(zhì)組的確切大小尚不清楚，具保守估計包含上萬個蛋白質(zhì)且可能具有超過12個數(shù)量級的濃度范圍。從mg/mL級別的組成性蛋白、免疫蛋白等高豐度蛋白到pg/mL級別的配體受體、異常分泌蛋白、外源蛋白等低豐度蛋白。這些低豐度蛋白,它們種類繁多、 性質(zhì)各異、作用重要、分離和鑒定相當(dāng)困難，再加上蛋白質(zhì)缺乏像核酸聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)一樣的擴增機制，無法對這些低豐度蛋白進(jìn)行“放大”研究，這些特性是血液蛋白質(zhì)組研究“窄而淺”的根本原因。

▼Molecular & Cellular Proteomics 

▼Volume 1 Issue 11 Pages 845-867 (November 2002)

▼DOI: 10.1074/mcp.R200007-MCP200

圖1 | 血液中常見蛋白質(zhì)的濃度級別

02，基于高豐度蛋白去除的血液蛋白質(zhì)組方法

近年來基于液質(zhì)聯(lián)用的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)已經(jīng)日趨成熟,可以對細(xì)胞和組織中的成千上萬種蛋白質(zhì)進(jìn)行全面的定性和定量分析,逐步實現(xiàn)“深度覆蓋”。但是由于液相色譜的分離能力的限制，以及質(zhì)譜檢測傾向性的影響，樣本中的某些蛋白豐度過高時無法進(jìn)行有效的深度蛋白組分析。
 

傳統(tǒng)針對血液蛋白組的前處理策略是樣本進(jìn)行高豐度去除處理。其主要的原理是通過各類吸附材料對高豐度蛋白進(jìn)行特異性與非特異性的結(jié)合。但是在去除高豐度蛋白的同時會帶走很多低豐度蛋白, 而丟失大部分蛋白質(zhì)信息。例如, 占血液總蛋白一半以上的白蛋白 (55%)其實是血液中重要的轉(zhuǎn)運蛋白,去除白蛋白的同時很可能會帶走與白蛋白結(jié)合的細(xì)胞因子 、肽類激素以及脂蛋白等低豐度蛋白。甚至有一些不常見的物種由于免疫結(jié)合的特異性無法適配市售的去高豐度試劑盒，這種前處理方法有著明顯的局限性。

圖2 | 多重親和去除系統(tǒng)原理示意圖

03，基于納米顆粒的中低豐度蛋白富集的血液蛋白質(zhì)組

低豐度富集是近年來發(fā)展起來的一種前處理方法，其主要原理是通過混合的納米顆粒對低豐度蛋白進(jìn)行親和吸附形成“蛋白質(zhì)冠”，后續(xù)經(jīng)過洗滌就可以很好地去除高豐度蛋白。混合納米材料表面修飾了不同配基，他們對不同的蛋白序列具有特定的親和性，可以對多種低豐度蛋白質(zhì)進(jìn)行富集能有效解決蛋白信息丟失的情況（見表1）。且這種前處理方法穩(wěn)定性良好，同時也可回收高豐度去除方法中的絕大多數(shù)蛋白信息（見圖3）。

圖3 | 血液低豐度蛋白富集原理示意圖
 

鹿明生物Deep高深度血液蛋白質(zhì)組

鹿明生物基于納米顆粒對血液樣本中低豐度蛋白進(jìn)行富集，采用全新一代4D tims TOF Pro2結(jié)合DIA- PASEF質(zhì)譜掃描模式對血液中低豐度蛋白進(jìn)行無遺漏的全景式掃描采集，全面提升中低豐度蛋白的檢出率，實現(xiàn)血液樣本2000+的高深度檢測�；�于最權(quán)威的SwissProt reviewed非冗余數(shù)據(jù)庫+Spectronaut Pulsar 16分析軟件進(jìn)行搜庫定性定量分析獲得高質(zhì)量的定性定量結(jié)果，部分測試數(shù)據(jù)如下：

圖5 | 特殊樣本無處理與低豐度富集處理后蛋白鑒定數(shù)對比

另外，納米顆粒吸附不同于免疫親和法，對一些沒有商業(yè)化試劑盒無法有效進(jìn)行高豐度去除的物種樣本也表現(xiàn)出良好的處理效果，可以擺脫去除高豐度蛋白試劑盒對物種的限制，以下為部分項目經(jīng)驗展示（圖5）。

文末看點｜lumingbio

鹿明生物從事蛋白組及代謝組質(zhì)譜檢測業(yè)務(wù)的專業(yè)質(zhì)譜組學(xué)服務(wù)公司。以“鹿明質(zhì)譜”服務(wù)品牌，提供全面的創(chuàng)新多組學(xué)技術(shù)服務(wù)。