蛋白质芯片技术在医学检验中的应用进展

蛋白质芯片技术在医学检验中的应用进展摘要近年来，随着生物芯片技术的不断发展，蛋白质芯片技术在蛋白质组学的研究中得到了广泛应用，并在生命科学研究等各领域扮演着越来越重要的角色。这种技术可以快速而精确地检测各种环境和条件下细胞以及组织中蛋白的差别，为早期诊断肿瘤、检测体内的病原微生物以及药物研发等研究在检测技术方面提供了很大的支持。本文进行综述了蛋白质芯片技术在医学检验领域的应用现状和研究进展。关键词：蛋白质芯片技术；蛋白质组学；医学检验；应用1引言传统的研究蛋白质组学方法，例如酵母双杂交法、免疫印迹法、二维凝胶电泳等技术，其缺点在于效率低下、操作繁杂，并且无法大规模并行处理样品以至于工作量较大，使得蛋白质组学这一研究工作急切需要一种高效准确，并且可以同时处理和检测蛋白质分子的方法。蛋白质芯片技术的出现，为研究蛋白质分子提供了新的研究方向和发展空间。这项新技术是一种能够高效检测蛋白质活性的工具，它具有高通量、自动化和平行检测等优点。这一工具的出现为学者的研究提供了一种新的思路和技术路线，可以帮助研究者利用其来研究疾病的病变过程、及早发现疾病和诊断、发现早期监测的生物标志物并加速研发新的药物等。在过去的几十年里，蛋白质芯片技术得到了迅速的发展。随着人们对蛋白质结构的深入认识以及对其生物活性认识的加强，蛋白质的结构与功能越来越受到重视，蛋白质组的研究成为当前生命科学领域中的热点问题之一。2蛋白质芯片技术介绍2.1蛋白质芯片技术的概念蛋白质芯片是生命科学领域近几十年来的热门研究课题，德国的科学家Lueking在1999年发表了蛋白质芯片技术的相关文章，他是最早对其进行研究的。作为一项高通量的技术，它是被用于研究和分析蛋白功能以及蛋白质之间的相互作用的常用技术，也可用于蛋白质表达谱的分析。与只能追踪体内DNA和mRNA变化的基因芯片技术不同，蛋白质芯片检测的是具有代表性的蛋白质，这些蛋白质是真正影响细胞生理状态的物质。蛋白质芯片作为基因芯片的补充，是继基因芯片之后由基因芯片技术直接发展而来的一项分析技术，连接了基因组学和蛋白质组。蛋白质芯片是目前蛋白质组学研究的重要手段，它不仅能够直接测定蛋白质的相对水平及与其他分子的相互作用情况，还可以对基因活性进行反馈。蛋白质芯片可以分为三种，分别是蛋白质微阵列、微孔板蛋白质芯片以及三维凝块芯片。其中，蛋白质微阵列是近年来发展起来的一种新型生物芯片技术，具有高通量和快速响应等优点，此外，它可以实现对生物样品进行定性、半定量或者定量分析。蛋白质芯片技术在医药领域、食品安全检测、环境科学监测等相关领域也有着广泛的研究与应用。蛋白质是生命体内普遍存在的生物大分子，其含量的显著增减会影响生命活动，甚至导致死亡，因此，对蛋白质的分析与检测显得尤为重要。2.2蛋白质芯片技术的特点蛋白质芯片技术相比较于传统的研究方法，其优势主要在于：①高通量，蛋白质芯片技术在一次检测过程中所产生的数据较为丰富，从而为研究者提供了更加全面、准确地研究蛋白质谱的条件；②高灵敏度，目前蛋白质芯片的检测水平为ng级，它能够在复杂的混合物中检测到极低浓度的蛋白质，满足了微量蛋白的检测需求；③微量化，这种技术在操作过程中对样品的需求量极少，因此运用该技术检测的样本成本的投入相对较低。以上特点使得蛋白质芯片技术在快速筛选检测中扮演了极其重要的角色，使其尤为适用于大规模生产当中，综合决定了蛋白质芯片具有广泛应用前景。2.3蛋白质芯片技术的原理蛋白质芯片技术按照提前设置好的排列方式，将大量的蛋白质分子通过一定的方式固定在玻璃、硝酸纤维素膜或者硅片等固相载体上，从而使其形成蛋白质微阵列。这些被固定的蛋白质与在固相载体上标记有活性化学物质如酶、同位素或荧光素的靶蛋白质分子进行杂交，无法反应而不能结合在芯片上的材料被清洗除去，而附着在芯片上的物质则与荧光标记的抗体发生反应。待反应结束后，研究人员能够利用荧光扫描仪对芯片上各点的荧光强度进行检测，继而利用荧光强度对蛋白质与被检测物质之间的相互作用进行分析。3蛋白质芯片技术在医学检验领域的应用3.1蛋白质芯片技术在发现肿瘤血清标志物中的应用肿瘤长期以来是人类生活的严重隐患，已经成为威胁人类生存和生活质量的重大问题。部分肿瘤进展迅速，如果不能及早发现则会错过最佳的治疗时期，导致不可估量的后果。所以，在肿瘤的早期诊断中，寻找其生物标志物是非常必要的。发生癌变的人体，往往会特异性地表达出与肿瘤相关的抗原或特定的抗原，这是癌变个体内特有的蛋白质。由于蛋白质组织学的快速发展和相关探测技术的不断完善，近年来，随着肿瘤标志物的数量不断增多，研究学者在肿瘤的早期诊断方面也开辟了新的思路和新的研究方向。肿瘤相关抗原（TumorAssociatedAntigen,TAA）和肿瘤特异性抗原（TumorSpecificAntigen,TSA）是早期肿瘤诊断或治疗目标的肿瘤标志物，可用于监测疾病的治疗效果。利用蛋白质芯片技术对肿瘤细胞内的蛋白质分子进行检测，为肿瘤的早期诊断和治疗奠定了一定的基础。蛋白质芯片技术同时研究正常与病理个体的蛋白质组，在对比与分析之间的相同与差异后，就有可能能够找到导致个体产生疾病的特异性蛋白分子，即仅表达于某种肿瘤细胞而不存在于正常细胞中的肿瘤特异性蛋白。目前已有很多新的肿瘤标志物以及与肿瘤有关的蛋白，蛋白质芯片技术也被越来越多的研究者应用于临床检测TAA或TSA中。在研究乳腺癌、胃癌、肝癌、肺癌、结直肠癌、鼻咽癌等癌症的早期诊断方面，蛋白质组学技术提供了很大的技术支持，为癌症的早期诊断带来了一定的成效。3.2蛋白质芯片技术在检测病原微生物中的应用艾滋病毒、SARS病毒等一些感染因素，以及结核菌、耐多药链球菌等有害的病原微生物源源不断地折磨着人类，对人类的生命健康和生活质量造成了很大的危害和威胁。因此更好地在感染前及早检测以及在造成更大的危害之前及时阻断治疗，是传染病研究必须立即应对和解决的重要挑战。在蛋白质组学技术的发展下，结合人类传染病病原体的蛋白质组学研究与血清学研究为传染病的诊断、治疗和预防研究提供了新的工具和手段。由于弓形虫可以通过孕妇去感染胎儿，使得孕妇弓形虫感染检测显得非常关键。弓形虫不仅对孕妇及腹中胎儿有较严重的影响，同时还是导致艾滋病患者灾难性脑损伤的最常见原因，因此早期发现对早期治疗至关重要。然而过去采用的诊断方法仅限于血清学筛查和PCR检测方法，而这两种方法的检出率只有10%。与以往的研究方法相比，蛋白质芯片技术检测时间短、灵敏度高且耗材少。弓形虫感染患者的血清中存在9种弓形虫相关蛋白质，研究者采取患者血清样本使用双向凝胶电泳和免疫杂交技术对其进行了多项研究后发现，其中7种蛋白质与弓形虫的不同感染阶段有关，因此这些弓形虫的蛋白质可作为诊断标志物。3.3蛋白质芯片技术在药物研发中的应用一种新药在被成功研发出来之前，通常要经历上千种化合物的筛选、分离以及鉴定过程。与此同时，如何以低成本、快速有效的方法筛选出合适且高效的治疗药物更是重中之重。但是，大多数情况下，由于缺少有效且高效的方法，很难从众多样品中获得所需的化学结构信息。为了解决这些难题，人们在生物技术领域中不断探索和创造新的方法。蛋白质芯片技术的出现减少了大量冗长的动物试验的需要，由于不必将所有样品分别处理，从而减少了大量时间，提高了药物筛查的效率。此外，通过将不同类型的药物混合起来进行筛选，还能够提供更广泛的信息，从而避免了单独的实验结果与其他已知药物之间存在的差异所带来的误判，蛋白质芯片技术是一种非常有效的药物筛选工具。蛋白质微阵列的高密度和并列特性在很大程度上加速了化合物的筛选，使得研发人员在药物研发的初期阶段就能够通过蛋白质芯片观察药物诱导的基因表达谱，从而进行广泛且适当的毒性研究。总结蛋白质的结构是生物体内最重要的信息载体之一，它是生命获得中最基本的单元，因此，对于蛋白质的研究已成为当前生命科学领域中的热点问题之一。蛋白质组学是当今生物信息学研究最活跃、最有潜力的分支之一，随着蛋白质组学的各种分析技术不断发展与完善，这项研究在不断深入的同时研究的范围也更加广泛，我们对于蛋白质的组成、表达和功能也有了更加深刻的理解。蛋白质芯片技术不但能对人体的复杂基因进行鉴定识别，还能为疾病的早期诊断、监测预后疗效等方面提供重要的依据。此外，在医药、食品安全等相关领域也有很好的发展前景。蛋白芯片技术目前在生命科学中已经取得了广泛的应用，正日益引起科研工作者的关注，在不久的将来，蛋白质组学技术有望在大规模的临床实践当中被广泛应用参考文献[1]农朝赞.生物芯片技术在医学检验中的应用进展[J].广西医学,2011,33(08):1038-1042.[2]周树敏.助力肿瘤生物学标志物发现的蛋白质芯片技术[J].张江科技评论,2020(04):13.[3]王伟.蛋白质芯片在肿瘤标志物筛查中的应用以及利用SELEX