介紹

蛋白質組學旨在對生物系統中所有蛋白質進行全面鑒定和定量，揭示蛋白質在生物、生理和病理過程中的作用。蛋白質組學廣泛應用于許多研究領域，例如生物機制的探索、生物標志物的發現以及藥物設計。隨著蛋白質組學研究的進展，越來越清楚的是，定量信息對于生物過程的系統研究以及用于檢測、診斷和評估治療結果的臨床標志物的發現至關重要。因此定量蛋白質組學是蛋白質組學的基礎。在過去的幾年中，已經開發了幾種基于質譜（MS）的定量蛋白質組學方法。所有這些方法都使用穩定同位素標記化合物的標記來生成質量特征，從而識別樣品的來源并作為準確定量的基礎。該策略也稱為穩定同位素定量蛋白質組學。如今，該戰略發展迅速，為生命科學研究提供了重要的技術支撐。

機制

穩定同位素定量蛋白質組學利用穩定同位素化合物質量標簽導致的質量特異性增加來鑒定等效肽或肽片段。常見的工作流程是用穩定同位素試劑標記含有蛋白質或肽的樣品，其中一種包含重質量標簽，另一種包含輕質量標簽或無標簽。標記的樣品在混合和分級后進行質譜分析。質譜中的峰揭示了兩種不同同位素或質量標簽變體的比率。然后使用該比率來確定蛋白質或肽的相對豐度。

標簽策略

根據同位素摻入方式的不同，基于穩定同位素化合物標記的定量蛋白質組學方法可分為化學同位素標記、酶促同位素標記和代謝同位素標記[1-2]。

圖 1 用于將穩定同位素引入蛋白質或肽以進行定量蛋白質組學的策略的示意圖。

化學同位素標記：該方法通過體外化學標記肽鏈或蛋白質引入同位素化合物，適用于細胞、體液、組織等樣品分析。最常用的方法包括同位素編碼親和標簽 (ICAT) 方法、非選擇性同位素編碼蛋白標記 (ICPL)、用于相對和絕對定量的同量異位標簽、串聯質量標簽 (TMT) 等。圖 2 顯示ICAT試劑的結構，這是第一個市售的同位素試劑，用于定量比較從兩個不同樣品中提取的目標蛋白的相對表達水平。圖3顯示了一些具有不同同位素原子數的ICPL試劑。

圖2 ICAT試劑結構。

圖3 ICPL試劑的結構。

酶同位素標記：18?O標記是目前唯一的酶同位素標記方法，酶解過程中只需要H?2?18 O。使用的蛋白酶可以是絲氨酸蛋白酶，例如胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、谷氨酸蛋白酶(Glu-C)和內肽酶(Lys-C)。在這些酶的催化下，兩個18?O原子可以添加到肽的C端，完成同位素標記的過程。

代謝同位素標記：代謝標記是指在細胞或生物體生長過程中通過添加含有穩定同位素標記化合物的培養基來標記細胞或生物體的方法。細胞培養中氨基酸穩定同位素標記（SILAC）是最廣泛使用的代謝標記方法。該方法是在細胞培養過程中添加穩定同位素標記的氨基酸（通常是13?C標記的氨基酸），例如賴氨酸和精氨酸。例如，[?13?C?6?]賴氨酸用于標記釀酒酵母蛋白質。

圖 4 基于細胞培養 (SILAC) 的定量蛋白質組分析中氨基酸穩定同位素標記的示意圖[3]。