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关键词 蛋白质组学 蛋白质组 肿瘤 转移
1 概述
基因，尤其是基因组研究是20世纪生命科学研究一道亮丽的风景线。但是，随着人类基因组全序列草图的完成，基因组研究的战略重点不可避免的从结构基因组学（structural Genomics）转向功能基因组学（Functional Genomics），而蛋白质组学（proteomics）正是作为功能基因组研究的重要支柱在20世纪90年代中应运而生的 ［1，2］ 。
蛋白质组的概念最早是由澳大利亚Macquarie大学的Wilkins等于1994年在意大利的一次科学会议上提出的。在1997年出版的有关蛋白质组研究的首部专著里，作者再次重申了他们对蛋白质组的定义:“蛋白质组指的是一个基因组所表达的蛋白质”（“PROTEome indicates the Proteins expressed by a genOME”）;即“PROTEOME”是由蛋白质的“PROTE”和基因组的“OME”字母拼接而成 ［3］ 。这一概念具有整体性、动态性和系统性的特点。它指的是对应于一个基因组的全部蛋白质所构成的整体，而不局限于一个或几个蛋白。
生物功能的主要体现者是蛋白质，复杂的基因间和蛋白质间的相互作用、细胞内的活动和环境的影响都会影响基因的表达及蛋白质的翻译后加工。研究表明，从mRNA表达水平并不能够预测蛋白质表达水平。主要原因有 ［4］ :①基因表达与相应的蛋白表达存在时间上的差异。②基因表达的部位与相应蛋白执行功能的部位有所不同。③mRNA及蛋白质的稳定性有所不同。④mRNA在转录后可以生成不同的蛋白质。⑤蛋白质的修饰如磷酸化和糖基化对于蛋白质的活化及执行功能具有非常重要的影响。导致同一基因组在不同的细胞，不同的组织中的表达情况各不相同;即使是同一细胞，在不同的发育阶段、不同的生理条件甚至不同的环境影响下，其蛋白质的存在状态也不尽相同。蛋白质组作为一个在空间和时间上动态变化着的整体，各个蛋白质之间并非杂乱无章或者相互孤立，而是通过蛋白质与蛋白质之间的相互作用，密切有序的联系在一起，形成多个子系统，实现特定的生理功能。
蛋白质组学（proteomics） ［5］ ，就是从整体的角度分析细胞内动态变化的蛋白质组成成份、表达水平与修饰状态，了解蛋白质之间的相互作用与联系，从而揭示生物学行为（如:疾病过程和药物效应），以及基因表达调控机制的一个新的研究领域。
蛋白质组学的研究内容 ［6］ ，它可分为:①表达蛋白质组学（expression proteomics）:是在整体水平上研究生物体蛋白质表达的变化，是对细胞或组织中蛋白质表达量化谱的反映，即把细胞、组织中的蛋白质，建立蛋白定量表达图谱，或扫描EST图;该方法依赖双相凝胶电泳和图像分析技术，在整个蛋白质组水平上提供了研究细胞通路、疾病、药物相互作用和一些生物刺激引起的功能紊乱的可能性，对寻找疾病诊断标志、筛选药物靶点、毒理学研究等有重要作用。②细胞图谱蛋白质组学（cell map protemocis）:即确定蛋白质在亚细胞结构中的位置，通过纯化细胞器或用质谱仪鉴定蛋白复合物组成等，来研究蛋白质在细胞内的行为、运输及相互作用。通过它可建立起各种细胞类型和状态的“物理图谱”，对确定蛋白质功能和新的疾病诊疗的靶位极有价值。目前蛋白质组学的前沿研究大致分为三大方向 ［7］ :
1.1 针对有基因组或转录数据库的生物体或组织/细胞，建立其蛋白质组或亚蛋白质组（或蛋白质表达谱）及其蛋白质连锁群，即compositional proteomics研究;选择1～2种具有重要生物学意义或性状、且我国已经完成cDNA大规模测序的组织或细胞，制备其高分辨率的蛋白质组图并建立其蛋白质数据库，进而联合应用其cDNA大规模测序的数据，规模化的研究其蛋白质组成。
1.2 以重要生命过程或人类重大疾病为对象，进行重要病理/生理体系或过程的比较蛋白质组学的研究，即comparative proteomics研究;选取1～2类重大生命活动中几个相继的重要阶段，分别进行蛋白质作图，进行系统的定性和定量比较，进而对差别蛋白进行鉴定，然后从核酸、蛋白两层次对差别代表子进行研究，从而确定重大生命活动的蛋白质基础。
1.3 蛋白质组学支撑技术平台和生物信息学的研究;生物信息学包括:蛋白质组成员的序列、结果、功能及定位分类;基于生化途径、遗传网络等，构建蛋白质组功能系统即蛋白连锁图;建立人或其他动物的蛋白质组数据库;高等生物基因组中蛋白质编码基因的识别及算法研究;基因翻译产物的结构、功能预测;基于蛋白质数据库与知识库的知识与规律发现。支撑技术平台包括:新型蛋白质结构、功能预测的方法及程序;大规模蛋白质相互作用分析技术;蛋白质分析鉴定中新型质谱技术的发展及应用;高通量系统及蛋白质组分析自动操作系统。
2 蛋白质组学在肿瘤研究中的应用
恶性肿瘤是一类由遗传因素与环境因素共同作用所导致的疾病，其发生和进展是多因素、多环节、多途径过程，任何单个基因均不能够全面说明肿瘤转移的一系列复杂生物学行为［8］ 。肿瘤的基因研究已取得了令人瞩目的进展，目前已经发现了许多肿瘤相关基因，并有一些基因表达的研究。蛋白质组学通过对肿瘤发生的不同阶段蛋白质的变化进行分析，可以阐明肿瘤蛋白表达水平的变化与肿瘤发生发展的相互关系及其规律，还可以检测、分析和确定肿瘤不同时期的标志蛋白，这种蛋白质可以作为抗癌药物筛选的作用靶点。不仅对抗癌药物发现具有指导意义，还可形成未来肿瘤诊断学、治疗学的基础理论 ［9］ 。
2.1 探讨肿瘤发生的机制 Yu ［10］ 等对人类肝癌细胞株BEL-7404和正常人类肝细胞株L-02蛋白质组进行对比研究，发现谷胱甘肽-S-转移酶P、5-磷酸肌苷脱氢酶2、热休克蛋白27、钙网蛋白、钙调蛋白及两种网钙结合素在肝癌中增加，然而管状蛋白β-1链及自然杀伤细胞增强因子B在肝癌细胞中表达下调。一种丝氨酸蛋白酶抑制物，即maspin前提在正常肝细胞中表达明显增高，而表皮脂肪酸结合蛋白、脂肪酸结合蛋白仅仅在正常细胞中能够检测出。国内上海生化研究所对人BEL-7404肝癌细胞系和L-02正常肝细胞系表达的蛋白质组进行分析发现了7个仅在肝癌细胞中表达的蛋白点 ［11］ 。Seow ［12，13］ 等人分析HCC-M肝癌细胞株和正常肝细胞株比较，鉴定出约400个肝癌细胞特异性的蛋白点，如:乙醇脱氢酶、α-烯醇化酶、天冬酰胺合成酶、异柠檬酸脱氢酶等。瑞士日内瓦大学医院已经建立了SISS-2DPAGE数据库含有人肝脏组织、HepG 2 肝癌细胞及其分泌蛋白的双向电泳参考图 ［14］ 。
2.2 探讨肿瘤转移的机制 肿瘤细胞的转移是肿瘤患者致死的主要原因。尽管有关肿瘤发生及转移的机制已经在病理学和形态学等多方面有了大量的研究与探讨，但是肿瘤形成及转移的分子基础和机制尚不清楚。目前研究肿瘤转移分子机制的思路主要是研究比较高、低（或无）转移潜能细胞系、或者是比较原发灶与转移灶的差别，寻找与转移相关的正性或者是负性的调控因素 ［15］ 。运用蛋白质组的研究手段，比较正常状态下和病理状态下的细胞或组织中，蛋白质在表达数量、表达位置和修饰状态上的差异，可以发现与病理改变有关的蛋白质和疾病特异性蛋白质。针对肿瘤微转移的研究目前一直停留在检测血液，骨髓及淋巴结等标本的肿瘤标记物水平上，PCR的方法是检测微转移最敏感的方法，仅依靠PCR或者是巢式PCR ［16，17］ ，阳性结果是多样性的，这可能与引物的选择，反应的条件，或者是模板的数量有关。同时，即使在标本中检测出肿瘤细胞的标志物还不能说明肿瘤最后就一定能够转移，因为其中部分肿瘤细胞在后来是被消灭的。定量的PCR和RT-PCR可能是更加有效的方法，认为量的分析比只是发现肿瘤细胞的有无更有意义。因为肿瘤细胞表达mRNA的表达水平是不一样的，定量RT-PCR也受到很多的限制。利用比较蛋白质组学的研究是在功能层面-蛋白质水平的研究，可能为提高目前微转移检测水平提供新的思路 ［18］ 。
2.3 寻找肿瘤标志物 肿瘤标志物是指在肿瘤患者体液或者组织中存在的更高水平的一大类物质。应用蛋白质组学研究的策略筛选和鉴定肿瘤标志物的优势在于 ［19，20］ :①能够对肿瘤进行分子分期，更利于肿瘤患者的个体化治疗。②联合多种肿瘤的标志物，根据蛋白质谱和基因表达谱的改变进行多变量分析，能够更客观的分析和判断病情。③寻找无创或微创的方法进行肿瘤的早期诊断和风险人群的筛查。Bergman等人在对浸润性乳腺癌、乳腺纤维腺瘤、前列腺癌、儿童白血病及进展阶段神经母细胞瘤 ［21］ 等多种肿瘤的蛋白质组表达谱的研究中发现，许多分子的表达在恶性肿瘤中是相似的，如PCNA、HSP90、OP18（oncoprotein18）、核苷酸脱磷酸酶A（nm23-H1）等与细胞增殖活性、抗凋亡、促进细胞转移相关的分子，一般是高表达。原肌凝蛋白和角蛋白大部分低表达，说明不同肿瘤的生物学特性是相似的，其发生发展有着类似的过程和共同的信号通路，去寻找肿瘤共有的特征性诊断分子标志是可行的。将这些蛋白质组成恶性肿瘤蛋白谱，联合多种分子标志进行分析，将有利于对疾病的正确诊断。Alaiya等［22］ 观察到在卵巢癌中PCˉNA、HSP90、OP18等8种蛋白质表达增高，原肌凝蛋白1、2和CK8等9种蛋白质下调，在上述蛋白中恶性肿瘤有5种以上同时变化，良性肿瘤变化的蛋白质数<3种，交界性的为0～6种，认为蛋白质变化的种类可能与恶性变有关。这些肿瘤标志物可辅助组织病理分型，有助于治疗方案的选择。研究者对上述分子标志物采用多参数分析，建立了一种分类模式，使近80%的恶性和交界性卵巢肿瘤