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SELDI蛋白芯片技術(shù)在腫瘤早期診斷中研究進(jìn)展

時(shí)間:2012-08-23   訪(fǎng)問(wèn)量:4685

作者:余家密

       【摘要】 SELDI蛋白芯片技術(shù)全稱(chēng)為表面增強激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù)(SELDI-TOF-MS)是近年用來(lái)研究蛋白質(zhì)組學(xué)的一項新的技術(shù)平臺,具有高通量、高效率、高靈敏度等特點(diǎn),可以快速地分析各種生物樣品中蛋白質(zhì)組的組成,在基礎醫學(xué)研究、臨床疾病診斷以及藥物研發(fā)方面顯示出廣闊的應用前景及臨床意義。文章就其技術(shù)組成、原理、特點(diǎn)和在腫瘤早期診斷中的應用及發(fā)展前景作一綜述。

       【關(guān)鍵詞】 腫瘤

       人類(lèi)基因組序列草圖完成后,生命科學(xué)進(jìn)入了“后基因組時(shí)代”,研究的重點(diǎn)轉向了對復雜的蛋白質(zhì)功能的研究。蛋白質(zhì)是基因表達的最終產(chǎn)物,器官組織的生理狀態(tài)變化會(huì )引起血清蛋白質(zhì)組的改變,因此對蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)組學(xué)進(jìn)行研究可以直接獲取疾病的特征性標志。由于人血清是一個(gè)蛋白質(zhì)相當豐富并不斷變化的系統,單一的血清腫瘤標記物難以真正反溯到相關(guān)的細胞組織,而發(fā)現一組與特定組織癌變相關(guān)的血清蛋白質(zhì)(多參數標記物)則是更有效的途徑,這也就是所謂的“癌癥指紋(cancer signature)”[1],而高通量的表面增強激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù)(surface enhanced laser desorption/ionization time of flight mass spectrometry,SELDI-TOF-MS)質(zhì)譜技術(shù)的出現加速了開(kāi)展發(fā)現“癌癥指紋”的研究。目前利用SELDI技術(shù)發(fā)現腫瘤的特殊生物學(xué)標記,對于腫瘤的早期診斷具有獨特的優(yōu)勢和重要的意義,在多種腫瘤的研究中顯示出良好的應用前景。

       1、SELDI-TOF-MS

       1.1  組成及工作原理

       表面增強激光解析電離光譜技術(shù)是由2002年諾貝爾化學(xué)獎得主田中耕一(Tanaka)發(fā)明, 由美國賽弗吉(Ciphergen)公司研制特殊芯片并生產(chǎn)SELDI-TOF-MS質(zhì)譜,該系統由3部分組成:①蛋白質(zhì)芯片;②激光吸收離子化質(zhì)譜設備(Reader);③人工智能數據分析處理軟件[2]。蛋白芯片陣列有8~24個(gè)2mm大小的含有特異性層析表面的芯池。根據芯片表面化學(xué)成分的不同,分為化學(xué)表面芯片和生物表面芯片。前者包含疏水(hydrophobic surface,H4),親水(normal phase,NP),弱陽(yáng)離子交換(weak cation exchange,WCX),強陰離子交換(strong anion exchange,SAX),金屬離子鰲合(immobilized metal affinity capture,IMAC),特異結合(preactivated surface,PS)等芯片,主要用于蛋白質(zhì)表達分析和比較,如疾病相關(guān)蛋白篩選;后者分為受體—配體、DNA—蛋白質(zhì)、酶等芯片,可選擇性地從待測生物樣品中捕獲靶蛋白質(zhì)。

       SELDI技術(shù)的原理是利用激光脈沖輻射使芯片表面的分析物解析成帶電離子,質(zhì)荷比不同的離子在電場(chǎng)中飛行時(shí)間不同,據此繪制出一張強度不等、分子量不同的譜圖。SELDI軟件能快速處理、分析大量的質(zhì)譜圖信息,將正常人與某種疾病或者疾病不同階段的圖譜進(jìn)行比較,就能發(fā)現和捕獲該疾病及不同階段時(shí)的特異性相關(guān)蛋白質(zhì)[3,4]。

       1.2  特   點(diǎn)

       以往蛋白質(zhì)研究多采用層析、雙向電泳、光譜、質(zhì)譜等技術(shù)。它們在蛋白質(zhì)檢測中起到了不同作用,但存在缺點(diǎn)和不足,如所需樣本量大、條件高、蛋白純化步驟繁瑣、耗時(shí)長(cháng),有的僅適合分析高豐度的蛋白質(zhì)且分子量在20kD以上的蛋白質(zhì),但難以檢測血清中占很大比例的低豐度蛋白質(zhì),因此不適宜大規模人群篩查和臨床檢驗。而SELDI-TOP-MS技術(shù)將特異的蛋白質(zhì)芯片系統和質(zhì)譜儀結合起來(lái),具備以下優(yōu)點(diǎn):①樣本不需要預先純化,可直接將血清、尿液、組織和細胞裂解物等樣本加到芯片上檢測;②獲得的圖譜較單一,重復性好,可檢測分子量在200kD~500kD的蛋白質(zhì),尤其適用于低豐度蛋白質(zhì)或多肽的檢測[5];③樣品用量少,一般0.5μl~15μl或2 000個(gè)甚至20個(gè)細胞即可;④敏感性高,可達到1fmol;⑤同一系統中集蛋白質(zhì)分離、純化、鑒定、檢測和數據分析為一體,省時(shí)、省力,特別適用于基礎醫學(xué)研究、臨床診斷及大規模人群篩選;⑥推動(dòng)基因組學(xué)發(fā)展,驗證基因組學(xué)方面的變化,或基于蛋白質(zhì)特點(diǎn)發(fā)現新的基因。

       2、SELDI技術(shù)在腫瘤早期診斷中應用

       利用SELDI技術(shù)分析比較正常人血清、體液、組織蛋白質(zhì)與異常者間的表達差異,篩選出與腫瘤相關(guān)的蛋白標記并進(jìn)行確認,用于疾病的早期診斷以提高生存率。目前這一技術(shù)已運用于多種腫瘤的早期診斷研究中,并已顯示出美好的應用前景。


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