基于质谱技术蛋白质定量方法的研究进展.pdf

第38卷分析化学(FENXIHUAXUE)评述与进展第3期
2010年3月ChineseJournalofAnalyticalChemistry434～441
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DOI:10.3724/SP.J.1096.2010.00434

基于质谱技术蛋白质定量方法的研究进展

朱金蕾1张锴*1何锡文1张玉奎1，2
1(南开大学化学学院，天津300071)2(中国科学院大连化学物理研究所，大连116023)

摘要质谱技术已经成为目前蛋白质鉴定的重要工具。定量分析细胞内蛋白质组的动态变化，是当前研究
蛋白质功能、揭示细胞生物机理、寻找疾病蛋白标记物和药物靶标的迫切需要。本文综述了基于质谱技术蛋
白质定量的策略、方法和应用等方面近年来的进展，评述了几种蛋白质质谱定量方法的特点和应用潜力。

关键词质谱;蛋白质组学;定量;同位素标记;评述
1引言

细胞内蛋白质组丰度的动态变化对各种生命过程有重要影响。当前蛋白质组的定量分析研究已经
引起广泛关注，这为分析化学带来了新的挑战和机遇。基于质谱的蛋白质分析技术也从蛋白质组的鉴
定发展到定量蛋白质组学(Quantitativeproteomics)研究［1，2］。凝胶电泳法是传统的蛋白质分析方法［3］。
凝胶电泳与质谱技术的结合使其应用更加广泛［4］。随着新的染色试剂的出现，凝胶电泳技术有了新的
发展。例如Schulenberg发现了一种小分子的荧光染料(Pro-QDiamonddye)可对磷酸化蛋白质特异性
染色，经凝胶电泳分离、MALDI-TOF质谱鉴定，发现了复杂生物样本体内新的磷酸化蛋白［5，6］。传统凝
胶电泳技术定量分析蛋白质快速简单，但存在诸多困难，例如难以检测疏水的膜蛋白、低丰度蛋白以及
一些极酸性和极碱性的蛋白;染色方法的动态范围最多只能达到3个数量级，不能满足实际样品的定量
要求。目前定量蛋白质组学的方法主要是利用同位素标记结合质谱分析完成的，本文就基于质谱技术
蛋白质定量方法的新进展进行评述。
2同位素标记的质谱定量方法

2.1同位素代谢标记法
同位素代谢标记以同位素元素或同位素
标记氨基酸形式掺入到细胞培养基中，在细胞
生长代谢过程中完成蛋白质同位素标记。Oda
等［7］在酵母细胞培养基中掺入15N作了初步尝
试。Ong等［8，9］发展了一种以氨基酸形式掺入
的同位素代谢标记法(SILAC)，其基本原理
(图1):分别用轻型和重型同位素标记必需氨
基酸，作为不同方法处理的细胞培养基原料，
经多次细胞倍增周期和代谢过程。重型同位
图法标记13基本原理［9］
素标记的氨基酸完全转移到细胞新合成的蛋1SILACC6-Lys
白质中。不同标记的蛋白按一定比例混合后，Fig.1Basicprinciplesofstableisotopelabelingbyaminoacids
()13［9］
一同处理，经分离纯化后，进行质谱鉴定和定incellcultureSILACwithC6-Lys

2009-06-02收稿;2009-10-09接受
本文系国家自然科学基金(Nos.90919008，20975053，20845004)、国家973计划(No.2007CB914100)和NN-CAS-2008-8项目资助
*E-mail:[e-mail]
第3期朱金蕾等:基于质谱技术蛋白质定量方法的研究进展435

量分析。通过对氨基酸序列相同、不同同位素标记肽段丰度的比较，可以得到细胞内各种蛋白在不同处
理过程中表达的定量关系。
SILAC法是由标记哺乳动物的培养基细胞［8］，逐渐发展到标记细菌［10］、酵母［11］、植物细胞［12］。近
来，SILAC标记法结合液质联用技术已用于解决生命科学疑难问题，例如，对酵母信息素和干细胞分化
过程中磷酸化蛋白的定量分析，蛋白质之间合成与降解的分析等［13］。SILAC法不但可用于检测特殊的
功能蛋白质在某些生物过程中的动态变化［14～16］，还可用于描述大脑组织中整体蛋白质组的蓝图［17］。
SILAC法与多种质谱技术相结合应用广泛。2008年，Kruger等［18］结合线性离子阱傅立叶变换高磁
质谱(LTQ-FT)，将SILAC方法拓展应用于哺乳动物体内，并以3种基因表达缺陷的小鼠为模型进行差
异性标记，明确证实了相关组织中相应蛋白质的表达缺失信息。Mann小组［19］将SILAC法结合高分辨
LTQ-Orbitrap质谱应用于鼠科胚胎干细胞研究，成功鉴定并定量分析了胚胎干细胞中的5111种蛋白质，这
个数量是以往分析结果的3倍。Olsen等［20］采用SILAC法标记结合LTQ-FT质谱定量研究了HeLa细胞在
表皮生长因子刺激后的蛋白