蛋白質組學在高端心血管研究中的應用

Dr Manuel Mayr，King’s College London and Dr Paul Humphrey，Thermo Fisher Scientific

本文將討論倫敦國王學院采用的蛋白質組學解決方案在先進的心血管研究中的重要性。

引言

蛋白質組學是對蛋白質的大范圍分析，被認為是生物系統研究的下一趨勢。盡管干細胞療法對于再生醫學和組織工程具有很大的潛力，但是干細胞如何分化為心血管系統細胞的機理仍不明晰。很多以往的研究著重于基因表達，但是蛋白質組學能夠在超越基因水平上通過對蛋白質改性的研究推進對干細胞分化的認識。

高端蛋白質組學解決方案的出現使得研究者可以揭示干細胞分化的新認識，這一點通過傳統技術無法獲得。該方法的應用可能引出治療和治愈心血管疾病的新方法。

研究進展

倫敦國王學院James Black中心的心血管蛋白質組學研究團體（The Vascular Proteomics Group）正進行蛋白質組學的最新研究。該團體具有包括基因組學、蛋白質組學、多光子共聚焦顯微鏡技術（multiphoton confocal microscopy）和核磁共振成像技術（MRI）等一系列核心能力。2007年12月，心血管科獲得了英國心臟基金會頒發的優秀研究獎獎金9,000,000歐元獎金。部分獎金將用于推進蛋白質組學研究應用于心血管疾病的發展。國王學院的研究焦點之一就是確定干細胞如何修復心血管或者缺血心肌。

心血管蛋白質組學研究團體進行研究的目的是解釋干細胞起源的心血管細胞不同的蛋白質組學和代謝特點。因為干細胞研究對于再生醫學和組織工程具有深遠意義，研究的總體目標是鑒別出可能成為促進干細胞分化的藥物靶標的關鍵蛋白或者小分子。

蛋白質組學在心血管研究中的重要性

以往研究局限于表面標記物的表達來表征干細胞。然而，細胞表面標記物并不一定表明很多細胞活化狀態的信息。但是它可以解釋為什么注射入一個病人體內的干細胞比在另外一個病人體內更有效。

心血管蛋白質組學研究團體的目標是展示注入病人體內的細胞特性及其分子特性的綜合架構。這一目標需要通過分離干細胞和研究其分泌因子來完成。標準的ELISAs（酶聯免疫吸附試驗）可以一次測試一個分子，質譜可以對某個數值以上的所有蛋白進行綜合測試。分泌蛋白質組的復雜性是非常有限的，因此，即使是ng/mL水平的蛋白質，例如細胞因子和趨化因子，也可以被鑒別出來。

隨著研究的進行，國王學院將分離出病人的干細胞，表征其分泌因子，并設法確定干細胞如何有益于臨床應用。

挑戰

心血管蛋白質組學研究團體進行的研究中，所用設備的靈敏度和耐受性是非常重要的。國王學院的研究者和技術人員是生物醫學研究者，因此，該團體所需要的是一種用戶友好，幾乎不需要日常維護，并可以給出高準確數據的非常可靠的解決方案。該解決方案必須可以可進行短肽序列分析和提供準確的蛋白鑒定。國王學院要求前沿技術來支持研究中心多學科環境和核心能力。

因此，中心要尋找一種高速、強大而盡少維護的系統，用以發展鑒別復雜蛋白質的高通量方法。該系統可以保證小組準確分析很多樣品。操作儀器也需要高度靈敏和高度可靠以便應用蛋白質組學來保證細胞分化和在移植或者組織修復中的安全使用。

解決方案

對于這項具體的研究，國王學院要求一種高靈敏度儀器來處理大數量的樣品和分析低濃度水平的較大的分子。

國王學院購買了高性能質譜、蛋白質鑒定和生物標記物發現工作平臺（Thermo Scientific LTQ Orbitrap XL）和具有電子轉移解離能力（ETD）的線性離子阱（Thermo Scientific LTQ XL）等儀器的組合。這些設備提供了研究必需的高質量和高靈敏度。

采用高性能的線性離子阱使得國王學院可以比傳統離子阱質譜輸送更多的結構信息；ETD選項則提供了傳統分析方法無法提供的序列信息。研究小組發現通過快速交互變換破碎技術，可以顯著擴大蛋白質組的范圍，并增強了蛋白質改性鑒定的把握。心血管蛋白質組學研究團體相信ETD技術是蛋白質組學研究的未來，因而愿意成為首先使用這種前沿設備的一員。ETD提供了蛋白質分析中最前沿的技術，該組織相信，在未來，ETD將成為蛋白質組學研究中廣泛應用的一種破碎技術。

Orbitrap XL很高的質量準確度和分辨率使得國王學院可以研究不同干細胞的分泌因子。即使是低豐度蛋白，仍然可能獲得可靠的匹配，而準確的質量則增加了復雜基質中肽分析的可靠性。

這些不同儀器的組合為復雜的蛋白質分析和智能肽序列分析提供了綜合解決方案。

結論

國王學院的心血管蛋白質組學研究組織將蛋白質組學應用于干細胞和心血管研究中。該研究的潛在意義在于應用于臨床治療。從長遠看來，該組織希望鑒定因子，這一點傳遞了干細胞療法的優勢。從藥理學觀點來看，給病人注入蛋白或者小分子比細胞要好的多。

將蛋白質組學應用于心血管研究中的高級專業技術將會幫助今天的研究者推進他們對心血管疾病的認識，并有助于將來新藥品的發現以及基于干細胞的治療。