Proteome（蛋白質(zhì)組）,，這個(gè)在各種字典里都還查不到的詞組，近幾年來開始在生命科學(xué)領(lǐng)域逐漸浮出水面,，曝光頻率越來越高,，蛋白質(zhì)組是什么？它與我們有什么關(guān)系,？讓我們來揭開其神秘的面紗,，一睹其迷人的風(fēng)采。
一,、什么是蛋白質(zhì)組研究
基因,，尤其是基因組研究形成了20世紀(jì)生命科學(xué)研究一道亮麗的風(fēng)景線，取得了巨大的成就。那么,，知道了人類的全部基因組序列,，就可以解決各種醫(yī)學(xué)問題嗎？其實(shí)并不是這么簡單,。僅憑基因組學(xué)這只單腳圓規(guī),，很難繪出完美的圓圈。隨著人類基因組計(jì)劃的逐步完成,，科學(xué)家們又進(jìn)一步提出了后基因組計(jì)劃,，蛋白質(zhì)組研究是其中一個(gè)很重要的內(nèi)容。
在人體內(nèi)真正發(fā)揮作用的是蛋白質(zhì),，蛋白質(zhì)扮演著構(gòu)筑生命大廈的“磚塊”角色,，是生命活動(dòng)的真正執(zhí)行者和體現(xiàn)者?；蚝帽纫粡堉圃祜w機(jī)和坦克的圖紙,，蛋白質(zhì)就是根據(jù)圖紙制造的真正進(jìn)行戰(zhàn)斗的飛機(jī)和坦克。雖然目前已完成了對人類基因的全部序列測定,，但是單憑制造飛機(jī)和坦克的圖紙,，不可能演繹出一場戰(zhàn)爭，也不會(huì)知道一場戰(zhàn)爭是如何發(fā)生,、如何進(jìn)行的,。基因的主要功能是通過其表達(dá)產(chǎn)物——蛋白質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的,，而蛋白質(zhì)亦具有自身特有的活動(dòng)規(guī)律,，隨著生命活動(dòng)的進(jìn)程表現(xiàn)出極其動(dòng)態(tài)的緊密協(xié)調(diào)的變化，蛋白質(zhì)在合成之后具有相對獨(dú)立的修飾,、轉(zhuǎn)運(yùn)和相互間作用能力,，同時(shí)還具有對外界因素發(fā)生反應(yīng)的能力。因此,，只有從蛋白質(zhì)組學(xué)的角度對所有蛋白質(zhì)的總和進(jìn)行研究,，即開展蛋白質(zhì)組學(xué)研究，才能更加貼近對生命現(xiàn)象和本質(zhì)的掌握,，生命活動(dòng)的本質(zhì)和活動(dòng)規(guī)律才能找到答案,。正是因?yàn)檫@樣，國際科學(xué)界預(yù)言,，在21世紀(jì),，生命科學(xué)的熱點(diǎn)將從基因組學(xué)轉(zhuǎn)向蛋白質(zhì)組學(xué)，使后者成為新的前沿,。
蛋白質(zhì)組學(xué)研究不但對了解生命本質(zhì)有重要的意義,，而且在疾病診斷治療,、藥物篩選等有廣泛應(yīng)用前景。其中蘊(yùn)藏著開發(fā)疾病診斷方法和新藥的線索,。
二,、蛋白質(zhì)組能給我們帶來什么
人體內(nèi)的每一細(xì)胞是由一萬余個(gè)不同蛋白質(zhì)的有機(jī)組合，不同蛋白質(zhì)的組合就構(gòu)成不同細(xì)胞的功能,。要想把細(xì)胞內(nèi)部這些功能和信息全部展現(xiàn)出來,，唯一的方法是利用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，得到一張擁有各種蛋白質(zhì)點(diǎn)的"繁星圖",，利用現(xiàn)代科學(xué)分析技術(shù),，將此圖變成開發(fā)新藥的“探寶圖”，了解其藥物的細(xì)胞內(nèi)作用與運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制,，成為藥物發(fā)現(xiàn)的“路標(biāo)”,。
蛋白質(zhì)組的研究不僅是探索生命奧秘的必須工作，也能為眾多種疾病機(jī)理的闡明及攻克提供理論根據(jù)和解決途徑,，為人類健康事業(yè)帶來巨大的利益?，F(xiàn)在已經(jīng)知道，在疾病中只有一小部分是起因于基因突變,，而各種疾病都有蛋白質(zhì)譜的動(dòng)態(tài)變化,，每種疾病在不同的發(fā)病階段，在任何癥狀出現(xiàn)之前,，在蛋白質(zhì)水平方面已經(jīng)發(fā)生了變化,，所以通過蛋白質(zhì)組學(xué)研究提供給我們大量的、完整的,、動(dòng)態(tài)的蛋白質(zhì)譜,，通過對正常個(gè)體及病理個(gè)體間的蛋白質(zhì)組比較分析，我們可以找到某些“疾病特異性的蛋白質(zhì)分子”,，它們可成為新藥物設(shè)計(jì)的分子靶點(diǎn),，通過這些靶點(diǎn)，在藥物發(fā)現(xiàn)階段,，我們可能對大量新化合物進(jìn)行自動(dòng)篩選,，縮短新藥發(fā)現(xiàn)周期；或者通過這些被確認(rèn)的蛋白質(zhì)變化標(biāo)志物,，發(fā)展成為臨床早期診斷指標(biāo),，為疾病的早期診斷提供分子標(biāo)志，形成未來診斷學(xué)和治療學(xué)的理論和應(yīng)用基礎(chǔ),。
一項(xiàng)科學(xué)統(tǒng)計(jì)表明，在20世紀(jì)90年代中期,，全世界用于找尋新藥的藥靶共約483個(gè),，它們主要是蛋白質(zhì)；而當(dāng)時(shí)全世界正在使用的共2000多種藥物中， 85％都是針對上述483種藥靶,。這483種藥靶分子構(gòu)成了全世界藥廠的最重要的發(fā)展源泉,。據(jù)研究，按人類主要的100多種疾病進(jìn)行計(jì)算,，還應(yīng)該有3000~15000種的蛋白質(zhì)具有成為藥靶的可能,，也就是說還可能有幾千到上萬種的新藥靶將被發(fā)現(xiàn)，這些潛在的發(fā)展源頭,，將有可能給制藥界帶來的無窮的財(cái)富和發(fā)展空間,。這也是為什么蛋白質(zhì)組學(xué)作為發(fā)現(xiàn)藥靶的主要技術(shù)平臺(tái)，越來越受國際制藥業(yè)界垂青的重要原因所在,。
三,、蛋白質(zhì)組——基因組之后的下一個(gè)關(guān)鍵詞
上世紀(jì)末，人類基因組序列草圖的完成宣告了一個(gè)新的紀(jì)元——“后基因組時(shí)代”的到來,。在這個(gè)后基因組時(shí)代里,，蛋白質(zhì)組學(xué)則是其中流砥柱之一，是研究的重心所在,。正因如此,，《自然》、《科學(xué)》在公布人類基因組序列草圖的同時(shí),，分別發(fā)表了述評(píng)與展望,，將蛋白質(zhì)組學(xué)的地位提到前所未有的高度，認(rèn)為蛋白質(zhì)組學(xué)將成為新世紀(jì)最大戰(zhàn)略資源爭奪戰(zhàn)的重要“戰(zhàn)場”,，是新世紀(jì)生物醫(yī)學(xué)前沿研究的戰(zhàn)略制高點(diǎn),。
蛋白質(zhì)組學(xué)的第一篇原始論著發(fā)表于1995年國際上并不著名的《電泳》雜志。不過幾年時(shí)間,，蛋白質(zhì)組研究所展現(xiàn)出的巨大的市場前景,、戰(zhàn)略的重要性和技術(shù)的先進(jìn)性，已成為西方各主要發(fā)達(dá)國家,、跨國制藥集團(tuán)競相投入的熱點(diǎn)與焦點(diǎn),，得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。
除了國家組織的研究,，企業(yè)與制藥公司也紛紛斥巨資開展蛋白質(zhì)組研究?，F(xiàn)在國外幾乎每個(gè)大的制藥公司都有其蛋白質(zhì)組研究計(jì)劃，小公司也厲兵秣馬,，準(zhǔn)備從股市圈錢擴(kuò)展研究,。除了早已進(jìn)入該領(lǐng)域的公司外，原先定位在基因組研究的公司也雄心勃勃地大舉進(jìn)軍該市場,。如獨(dú)立完成人類基因組測序的賽萊拉公司已宣布投資上億美元于此領(lǐng)域,；羅氏公司決定在未來的幾年內(nèi)投資近10億瑞士法郎來進(jìn)一步加強(qiáng)其在蛋白質(zhì)組領(lǐng)域的探索,；又如日內(nèi)瓦蛋白質(zhì)組公司與布魯克質(zhì)譜儀制造公司聯(lián)合成立了國際上最大的蛋白質(zhì)組研究中心。
經(jīng)過短短幾年的發(fā)展,，蛋白質(zhì)組學(xué)已經(jīng)開始從建立數(shù)據(jù)庫走向解決生命科學(xué)的重大問題,，成為研究生命科學(xué)問題或機(jī)制的強(qiáng)有力手段。蛋白質(zhì)組市場,，在2000年產(chǎn)生了9.63億美元的收入,，估計(jì)到2006年可產(chǎn)生56億美元的收入。蛋白質(zhì)組市場的收入將會(huì)繼續(xù)高漲,，因?yàn)樵摷夹g(shù)所蘊(yùn)藏的潛能,，足以促進(jìn)一系列“重磅炸彈”式新藥的誕生。
我國于1997年設(shè)立了重大項(xiàng)目“蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)體系的建立”,；99年由中國科學(xué)院上海生化研究所等多家單位聯(lián)合組成課題組,；2001年在北京由9家著名高校、科研單位聯(lián)合組建成立了蛋白質(zhì)組學(xué)研究院,；內(nèi)蒙古億利集團(tuán)公司是我國最先涉足這一領(lǐng)域的企業(yè),，他們投資5000萬用于研制和開發(fā)有應(yīng)用價(jià)值的蛋白質(zhì)芯片和建立高通量的蛋白質(zhì)識(shí)別技術(shù)。
目前,，蛋白質(zhì)組研究在國內(nèi)外正如火如荼地展開,，大有星火燎原之勢。但我們也應(yīng)當(dāng)看到,，蛋白質(zhì)組研究,，遠(yuǎn)比研究基因復(fù)雜得多，困難得多,，在技術(shù)和儀器上都會(huì)遇到瓶頸?，F(xiàn)在蛋白質(zhì)組研究都仍處于基礎(chǔ)研究階段，對蛋白質(zhì)組研究的應(yīng)用有一個(gè)認(rèn)識(shí)過程以及升級(jí)配套過程,，蛋白質(zhì)組研究的產(chǎn)業(yè)化還有很長一段路要走,。因此，如何既抓住蛋白質(zhì)組學(xué)研究剛剛啟動(dòng)的時(shí)機(jī),，迅速地進(jìn)入到蛋白質(zhì)組學(xué)的前沿,，搶占制高點(diǎn)，又要審時(shí)度勢,，結(jié)合自身實(shí)際情況,，確定自身發(fā)展的方向，是擺在我們生命科學(xué)研究發(fā)展方向決策中的一個(gè)重要問題,。
21世紀(jì)將是生物技術(shù)的時(shí)代,，蛋白質(zhì)組的時(shí)代。蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展給醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)提供了一個(gè)新的發(fā)展機(jī)遇,。隨著人們對蛋白質(zhì)組研究的深入,，必將出現(xiàn)更令人振奮的成果,，這些成果將很快應(yīng)用于生物制藥，從而使一批高科技含量,、高附加值、對疾病的認(rèn)識(shí)和治療將上升到一個(gè)新的高度,，為生物制藥業(yè)插上騰飛的翅膀,，為全人類健康帶來無可限量的福音。
蛋白質(zhì)組學(xué)正是近年來新發(fā)展起來的強(qiáng)有力的發(fā)現(xiàn)藥靶的技術(shù)平臺(tái),，作為一個(gè)新的學(xué)科發(fā)展領(lǐng)域,，它對所有及時(shí)進(jìn)入者都將提供巨大的機(jī)會(huì)。
不過,，蛋白質(zhì)組學(xué)為一種新生領(lǐng)域,，目前還處于初期發(fā)展階段，仍有許多困難有待克服,。如現(xiàn)有分析儀器的靈敏度還很難將體內(nèi)微量的調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)精確分析,。而這種微量調(diào)控蛋白的精確表達(dá)在生命過程中起到關(guān)鍵性作用。另外,，成千上萬種蛋白質(zhì)間及蛋白質(zhì)與其它生物大分子間的相互作用和作用方式的復(fù)雜性同樣也是蛋白質(zhì)組研究所面臨的問題,。
蛋白質(zhì)組學(xué)研究和基因組研究一樣，依賴于強(qiáng)有力的,、高通量,、大規(guī)模的技術(shù)。在目前的蛋白質(zhì)研究中,，仍以雙相電泳和質(zhì)譜技術(shù)為支柱技術(shù),，并在分辨率和檢出率方面有很大改進(jìn)。但是與基因組學(xué)研究相比,，由于蛋白質(zhì)的復(fù)雜性和識(shí)別原則的多樣性,，缺乏一種高通量的識(shí)別工具仍然是蛋白質(zhì)組學(xué)深入研究的瓶頸。因此,，一些新的技術(shù)也由此孕育而生,。
新藥設(shè)計(jì)開發(fā)和個(gè)性化治療的關(guān)鍵是找到有關(guān)的蛋白質(zhì)。人類基因組序列草圖雖然已經(jīng)完成,，完整的序列圖譜也接近完成,，但是僅有基因，甚至基因的信使ＲＮＡ（指導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生特定蛋白質(zhì)的物質(zhì),，是ＤＮＡ轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物）還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)基因組研究的預(yù)期目標(biāo),。因?yàn)椋谝?，藥物作用的靶子往往是蛋白質(zhì),，基因組不能告訴一個(gè)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)數(shù)量或其動(dòng)態(tài)的信息,；第二，信使ＲＮＡ表達(dá)水平和蛋白質(zhì)表達(dá)水平之間的對應(yīng)關(guān)系尚不明確,，信使ＲＮＡ高表達(dá)不等于相應(yīng)的蛋白質(zhì)也高表達(dá),；第三，蛋白質(zhì)會(huì)經(jīng)歷對其活性可能有重大影響的化學(xué)修飾,，基因組本身不足以提供有關(guān)的信息,。基因組只是提供了理論預(yù)期的可能性,，信使ＲＮＡ也只提供了更接近現(xiàn)實(shí)的可能性,，只有蛋白質(zhì)組才能準(zhǔn)確告訴細(xì)胞內(nèi)正在發(fā)生的事件。
蛋白質(zhì)組（在特定時(shí)間和空間一個(gè)細(xì)胞內(nèi)全部的蛋白質(zhì)種類,、數(shù)量及其變化情況）的研究比基因組復(fù)雜,。第一，蛋白質(zhì)組的變數(shù)多,，隨不同個(gè)體,、不同組織和年齡而變化，基因可能只有幾萬,，而相應(yīng)的蛋白質(zhì)可能多達(dá)１－２億,，即使是關(guān)鍵蛋白質(zhì)（如與疾病和發(fā)育有關(guān)的蛋白質(zhì)）也不少；第二,，解析蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能比基因組序列測定要復(fù)雜得多,，需要特定的儀器和技術(shù)；第三,，研究細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)之間的相互作用的任務(wù)更加艱巨,。
蛋白質(zhì)組學(xué)研究開發(fā)方興未艾，競爭日趨白熱化,。這是因?yàn)樵擃I(lǐng)域的研究具有重大意義,；研究開發(fā)難度遠(yuǎn)非基因組序列測定所能比擬；競爭對手的水平相差不大,，幾乎都或多或少依賴同一笨方法－２Ｄ電泳,。目前沒有一個(gè)公司能夠像當(dāng)年基因組測序時(shí)的Ｃｅｌｅｒａ一樣占據(jù)壟斷地位，每個(gè)新入者都可能有很大的發(fā)展空間,，競爭也十分激烈,。國外幾乎每個(gè)大的制藥公司包括羅氏等都有其蛋白質(zhì)組研究計(jì)劃，小公司也厲兵秣馬,，準(zhǔn)備從股市圈錢擴(kuò)展研究,。除了早已進(jìn)入該領(lǐng)域的公司外，原先定位在基因組研究的公司也雄心勃勃地大舉進(jìn)軍該市場。Ｃｅｌｅｒａ公司及其母公司ＰＥ也再度合作,，希望以其特有的設(shè)備優(yōu)勢在蛋白質(zhì)組領(lǐng)域大展身手,。Ｃｅｌｅｒａ準(zhǔn)備用２０００年９月從股市籌集的約１０億美元添置１００臺(tái)機(jī)器，包括正在開發(fā)的整合了激光分子掃描儀（ｌａｓｅｒ－ｂａｓｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｃａｎｎｅｒ）,、高速質(zhì)譜,、同位素標(biāo)記蛋白質(zhì)準(zhǔn)確定量方法的質(zhì)譜儀和蛋白質(zhì)分離裝置，使解析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的速率從現(xiàn)在的每小時(shí)３萬個(gè)提高到１００萬個(gè),，這些價(jià)值１０億美元的超級(jí)電腦,，至少能夠加快１０倍速度處理滾滾而來的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)。Ｉｎｃｙｔｅ Ｐｈａｒｍａｃｅｉｕｔｉｃａｌｓ公司也籌集了６億多美元,，同Ｏｘｆｏｒｄ ＧｌｙｃｏＳｃｉｅｎｃｅｓ合作，將后者提供的正常和疾病狀態(tài)的蛋白質(zhì)譜整合進(jìn)其數(shù)據(jù)庫,，充當(dāng)信息掮客,，賣給藥業(yè)公司。獲得有關(guān)數(shù)據(jù)庫的公司可以在信息方面明顯領(lǐng)先于競爭對手,。其他公司也在利用抗原抗體免疫學(xué)方法制造所有蛋白質(zhì)的抗體,，然后利用抗體從樣品中釣取靶蛋白和與它相互作用的蛋白質(zhì)，構(gòu)建細(xì)胞內(nèi)特定生物化學(xué)途徑中相互作用的蛋白質(zhì)之間的數(shù)據(jù)庫,。該數(shù)據(jù)庫對于希望開發(fā)阻斷特定代謝途徑的關(guān)節(jié)點(diǎn)的公司具有很大的吸引力,。
1980年以后，新藥開發(fā)從以化學(xué)合成為主向生物學(xué)時(shí)代轉(zhuǎn)變,，特別是在人類基因組計(jì)劃即將完成之時(shí),，利用大規(guī)模基因組研究方法和成果,，為臨床用藥的高效性,、針對性和安全性及新藥開發(fā)、評(píng)價(jià)提供了新的模式,，這就是最近幾年提出的“藥物基因組學(xué)”,。在大部分基因已測得其表達(dá)之后，為新藥研究提供了更多的靶標(biāo),，利用遺傳標(biāo)記及高通量篩選方法,，使成本大幅度降低，加速新藥上市,。
但“藥物基因組學(xué)”存在幾點(diǎn)致命的缺陷,。由于核酸結(jié)構(gòu)多數(shù)是同源的，聯(lián)系著許多正常功能,，因而作用于DNA的藥物,，大多數(shù)選擇性差，毒性大,，有嚴(yán)重的細(xì)胞毒性,；其次是疾病的表征是在蛋白質(zhì)上,，許多疾病如癌癥、心血管疾病等是多種基因共同作用的結(jié)果,，因而很難找到關(guān)鍵的基因,。由于上述原因而約束了新藥開發(fā)的速度，僅憑“藥物基因組學(xué)”這只單腳圓規(guī),，很難繪出完美的圓圈,。因此必須回到蛋白質(zhì)的研究上，才能真正在功能結(jié)構(gòu)上闡明生命活動(dòng)的實(shí)質(zhì)和進(jìn)行新藥開發(fā),，故提出“蛋白質(zhì)組學(xué)”的新概念,。
人體內(nèi)的每一細(xì)胞是由一萬余個(gè)不同濃度、不同類型蛋白質(zhì)的有機(jī)組合,，不同蛋白質(zhì)的組合就構(gòu)成不同細(xì)胞的功能,，如肝細(xì)胞、肺細(xì)胞等,。要想把細(xì)胞內(nèi)部這些功能和信息全部展現(xiàn)出來,，惟一的方法是利用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，通過二維聚丙烯酰胺凝膠電泳,，結(jié)果得到一張擁有千余個(gè)蛋白質(zhì)點(diǎn)的“繁星圖”,，利用計(jì)算機(jī)分析、質(zhì)譜和氨基酸分析鑒定,，將此圖變成開發(fā)新藥的“探寶圖”,。
20世紀(jì)的新藥研究集中在作用于細(xì)胞膜上的酶靶和受體靶，以信息傳遞或阻斷為目標(biāo),，發(fā)現(xiàn)和生產(chǎn)目前臨床上常用的藥物,，如β-受體阻斷劑、ACE抑制劑等,。借助于蛋白質(zhì)組學(xué)的相關(guān)技術(shù),，可了解其內(nèi)部的作用與運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制，成為藥物發(fā)現(xiàn)的“路標(biāo)”,。在藥物發(fā)現(xiàn)階段,，大量合成有機(jī)化合物和分離獲得的天然有效成分，利用自動(dòng)篩選,，發(fā)現(xiàn)具有進(jìn)一步開發(fā)價(jià)值的化合物,，從而縮短新藥發(fā)現(xiàn)周期。還可以通過疾病發(fā)生不同時(shí)期蛋白質(zhì)的變化進(jìn)行分析,。發(fā)現(xiàn)疾病不同時(shí)期蛋白質(zhì)標(biāo)志物,，不僅對發(fā)現(xiàn)新藥有指導(dǎo)意義，而且可形成未來診斷學(xué)和治療學(xué)的理論基礎(chǔ)。
目前抗癌藥均具有較嚴(yán)重的毒副反應(yīng)和耐藥性,，如果研究中有毒副反應(yīng)和耐藥的蛋白質(zhì)表達(dá),，就可以以此蛋白質(zhì)作為靶點(diǎn)，設(shè)計(jì)避免毒副反應(yīng)和耐藥的新藥,?？股氐哪退幤毡榇嬖冢壳靶滤庨_發(fā)的速度往往落后于微生物產(chǎn)生耐藥的速度,，而利用蛋白質(zhì)組學(xué)可了解微生物哪些蛋白質(zhì)對抗生素產(chǎn)生耐藥,，根據(jù)其改變情況而設(shè)計(jì)靶標(biāo)的新藥。
蛋白質(zhì)組學(xué)最令人注目的是研究和開發(fā)抗體藥物,?？贵w是抵抗病原體的主要防御體系，他們是由免疫系統(tǒng)自主產(chǎn)生的蛋白質(zhì),，每一個(gè)抗體都具有特異性地識(shí)別作為抗原靶分子的特征,。近百年來，傳染病的防治方法主要是利用疫苗注入或口服,，使體內(nèi)產(chǎn)生抗體而發(fā)揮作用，應(yīng)用此種方法已使部分傳染病如天花等疾病被消滅,。利用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)和藥物基因組學(xué)技術(shù)的配合,，可直接生產(chǎn)各種抗體藥物，經(jīng)注射或口服進(jìn)入人體內(nèi)直接發(fā)揮防治疾病的作用,，不僅對傳染病有效,，對某些非傳染病也有效。
“蛋白質(zhì)組學(xué)”和“藥物基因組學(xué)”,，兩者相互結(jié)合,，相互補(bǔ)充，相互融合,，將在21世紀(jì)新藥開發(fā)中占據(jù)主導(dǎo)地位,。
