毒理蛋白质组学.doc

毒理蛋白质组学 人类基因组计划公布给科学界带来的空前绝后的遗传信息，这些基因信息具有彻底革新药物研发进程的潜能。这些信息可以用于识别新药的作用靶点疾病标志或者有助于个体化药物的研发。基因改变最终将影响蛋白功能，从而进一步推动蛋白质组学成为研究热点。 在这篇综述中，我们将讨论蛋白质组学在毒理学中的应用。并且由此预测不久的将来，毒理学家必将应用基因组学和蛋白组学技术去解决毒理学问题。 随着人类基因组计划的完成，二十一世纪的科学家目睹了基因信息的大爆炸。许多基因组技术被用于记录过剩的潜在新药的作用靶点和诊断标志。而且，似乎这种趋势将一直继续。将来， 根据患者的基因组成，能为他们提供个体化的药物。 然而，这个概念随之将引出许多实际问题，并且在接下来的十年我们将继续讨论这些问题。有一件事情是非常清晰的，那就是基因改变最终将影响蛋白和它的功能。因此，研究蛋白质的变化，或者称为蛋白质组学，最近受到了科学界的广泛关注。蛋白组学在药物研发上有广泛的应用前景。这种蛋白组学在制药工业经常被称作药理蛋白组学(1)。 蛋白组，经常用来指一个给定的细胞内的全部蛋白质，但是，这是一个不断变化的整体(2，3)。蛋白组学是分离和鉴定蛋白质，并且确定他们在某个生物现象中的功能。值得强调的是如果没有识别的蛋白质对一种疾病或者特殊的某个细胞过程有预见性，那么这个未曾被识别的蛋白质也是有价值的。与DNA、RNA不同，蛋白组技术有一个独特的优点:许多蛋白质在特定的生理状态下能分泌到体液中。因此，蛋白质分析，通过直接的血液或尿液检测，可以在大量的病人中开展，这就可以替代有潜在危险和昂贵的尸检样品。 传统上，毒理学根据国际危险会议(ICH，http://www.M/ICHsafety.htmpl)推荐的动物实验标准，结合组织病理以及生物化学技术来对新化合物对人体危险性进行评估。蛋白组学技术是现在新技术的典型代表(4)。外来化合物引起细胞水平的变化，通过识别新蛋白质或者蛋白图谱的变化它可以帮助新一代的毒理学家阐明毒性问题。这是一个非常有前景的实验技术，它能改变当前实验室和临床对人和动物安全性的评价方法。目前，我们仍然需要提高对毒性的认识并且提高临床前实验的预见性。与毒性特点有关的单个或一组蛋白的识别，对于毒性机制是非常有意义的。新的标志物比当前的标志物会更敏感 更具有预见意义，因此，更适于评价新药的毒性。蛋白质组学对临床前模型毒性机制研究的一些应用将在这里简单阐述。我们将列举一些蛋白组学应用到这方面研究的例子。另外，蛋白组学对毒性研究和新药开发的作用也将被讨论。 蛋白质学技术 当前最普遍的研究蛋白组的技术是双向聚丙烯酰胺。与精密的自动化设备和生物信息学技术相结合可以对高通量的蛋白进行分析。而过去，蛋白样品通过电荷在一维体系被分离，在二维体系内通过分子量被分离的。(Fig.1) 几个技术的发展有助于蛋白质过程的自动化(图2概括了这个过程) Oxford GlycoSciences(UK)(OGS:Oxford UK)的研究者曾将脆性胶分离介质粘合在一玻璃支持物从而成功的克服了胶模型易碎的问题。一旦蛋白质被分离，通过各种各样的染色后它们就可以被检测到。OGS也发展了灵敏的荧光染色来检测低丰度蛋白(5)。这些技术的进展对蛋白鉴定意义重大。胶成分的细微变化就会反过来影响数据分析。而通过扫描几块胶来形成一个整合胶或者主胶。这种主胶可以通过软件采取合适的逐步分析方法来获得(5)。 由于许多蛋白是由二维凝胶电泳产生，而一些软件对于提炼和分析这些数据是至关重要的。有几个组织已经发明了专门分析这个过程的软件。例如，瑞士生物信息研究所生产了软件Melanie3。还有一些蛋白质组公司，如OGS和Large Scale Proteomice公司(Rockvill， MD，USA)已经生产了精密的室内图像分析平台 ，RosettaTM#和KeplerTM(Large Scale Proteomics Corpotation)。用RosettaTM#可以以统计学参数分析和比较不同凝胶和样品中蛋白差异。一旦特异的蛋白被选定，他们可以从凝胶上切割下来，通过蛋白酶的消化，进行质谱分析。基质辅助激光解析电离飞行时间质谱技术对肽段序列分析意义巨大。根据这些软件得到的信息可以用于序列数据库中查找并鉴定蛋白质，预测它的完整序列。生物信息和质谱分析技术的不断精密不仅能提高分析输出量，同时也可以降低MS分析产生的模糊性(6，7)。 蛋白组学在毒理学中的应用 蛋白组学在毒理学中的应用——毒理蛋白组学能被分成两个交叉领域:⑴探索性或机制性研究;⑵筛查和预测毒性。考虑到这项技术是新生的事物，因此支持实验必须用基于毒理学原则的模型。这里也需要对结果全面细致的分析。因此对蛋白质组学技术与传统的毒理学技术进行