利用納米顆粒推進(jìn)蛋白質(zhì)組學(xué)研究
什么是蛋白質(zhì)組學(xué)分析？
蛋白質(zhì)組學(xué)涉及研究蛋白質(zhì)組的組成及其在生物體中的功能。蛋白質(zhì)在細(xì)胞活動(dòng)中起著最重要的作用，被視為精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)中的關(guān)鍵大分子。
基于MS的蛋白質(zhì)組學(xué)在其敏感性、準(zhǔn)確性、自動(dòng)化和吞吐量方面的進(jìn)展顯著促進(jìn)了許多疾病的新生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)。此外，蛋白質(zhì)組學(xué)分析揭示了許多疾病的潛在分子機(jī)制。
在使用靶向蛋白質(zhì)組學(xué)對(duì)蛋白質(zhì)表達(dá)進(jìn)行整體表征的過程中，特別是在檢查蛋白質(zhì)組的空間和時(shí)間組織方面，出現(xiàn)了一些挑戰(zhàn)。由于蛋白質(zhì)組的動(dòng)態(tài)性質(zhì)和多樣的復(fù)雜性，很難對(duì)其進(jìn)行分析。此外，蛋白質(zhì)豐度的異質(zhì)性取決于條件，并受到翻譯后修飾（PTM）的影響。
納米材料在蛋白質(zhì)組學(xué)研究中的應(yīng)用
納米顆粒（NP）是尺寸在1至100納米范圍內(nèi)的極小顆粒。NPs的一些獨(dú)特特性，如良好的生物相容性、大的比表面積、豐富的活性親和位點(diǎn)和超小的尺寸，使其適合于蛋白質(zhì)組學(xué)應(yīng)用。特別是磁性納米顆粒具有快速分離富集的特性，便于自動(dòng)化。
為了降低樣品復(fù)雜性并實(shí)現(xiàn)深度蛋白質(zhì)組覆蓋，在MS分析之前對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理是很重要的。在分析之前，必須從復(fù)雜的混合物中分離出感興趣的蛋白質(zhì)。例如，磁性納米復(fù)合材料已被有效地應(yīng)用于蛋白質(zhì)純化，這顯著縮短了處理時(shí)間。介孔納米顆粒也用于基于尺寸的分離和膜蛋白質(zhì)組學(xué)。
基于抗生素的富集方法用于確定蛋白質(zhì)乙?；?，其在調(diào)節(jié)染色質(zhì)可及性、基因轉(zhuǎn)錄蛋白定位和酶活性方面起著至關(guān)重要的作用。這種方法大大增加了檢測(cè)低濃度可用的重要蛋白質(zhì)的機(jī)會(huì)。
在全球蛋白質(zhì)組分析過程中，納米粒子可以選擇性或非選擇性地與蛋白質(zhì)結(jié)合。例如，鐵和氧化鈦納米顆粒用于識(shí)別具有特定PTM（例如糖基化和磷酸化）的靶向蛋白質(zhì)，而二氧化鈦納米棒用于非選擇性分析。
如上所述，兩種廣泛研究的PTM是磷酸化和糖基化。磷酸化調(diào)節(jié)細(xì)胞信號(hào)，并在導(dǎo)致激酶信號(hào)網(wǎng)絡(luò)不規(guī)則的疾病中發(fā)揮關(guān)鍵作用。由于化學(xué)計(jì)量比低，磷酸化的蛋白質(zhì)組學(xué)分析并非易事。
兩種廣泛使用的技術(shù)，金屬氧化物親和色譜法（MOAC）和固定化金屬離子親和色譜（IMAC），用于磷蛋白組學(xué)研究，與磁性納米顆粒有關(guān)。IMAC技術(shù)使用各種金屬納米顆粒，包括鋁、鐵、鈦和鎵。
糖基化是另一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的蛋白質(zhì)修飾過程?；谶B接位點(diǎn)，蛋白質(zhì)糖基化分為兩種類型，即N-糖基化和O-糖基化。大量研究表明，癌細(xì)胞具有不同的糖基化特征。修飾的糖基化特征是癌癥的標(biāo)志。
基于親和力和共價(jià)結(jié)合的富集方法都是利用納米材料的糖基化富集技術(shù)?；谟H和力的方法處理凝集素在NPs表面的固定。在基于共價(jià)結(jié)合的方法中，糖肽通常通過含二醇糖蛋白/糖肽和硼酸之間的相互作用而富集。
半胱氨酸由于其高反應(yīng)性和氧化還原敏感性而傾向于翻譯后修飾。半胱氨酸上的一些常見PTM是脂質(zhì)衍生的親電4-羥基壬醛和氧化還原依賴的亞硝化（SNO）。已經(jīng)開發(fā)了一種基于納米氟化石墨的新策略來研究SNO肽。
基于納米技術(shù)的非靶向蛋白質(zhì)組分析
基于納米粒子的非特異性富集方法是傳統(tǒng)靶向蛋白質(zhì)組分析的重要替代方法。
蛋白質(zhì)電暈是一組蛋白質(zhì)，當(dāng)暴露于生物樣品時(shí)，它們瞬間非特異性地吸附在納米顆粒表面上。蛋白質(zhì)電暈的形成改變了納米顆粒的物理化學(xué)性質(zhì)。
蛋白質(zhì)電暈不常用于重要生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)。最近的蛋白質(zhì)電暈圖譜顯示，它代表了血漿蛋白質(zhì)組的一個(gè)子集。由于蛋白質(zhì)電暈的組成根據(jù)納米粒子的性質(zhì)而變化，科學(xué)家們認(rèn)為，工程化的NP可以捕獲不同的蛋白質(zhì)電暈?zāi)Ｊ剑糜谘獫{蛋白質(zhì)組分析。幾種類型的磁性納米顆粒可以進(jìn)行深入的血漿蛋白質(zhì)組分析。
循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC）從原發(fā)性或轉(zhuǎn)移性腫瘤釋放到循環(huán)系統(tǒng)中。CTC的檢測(cè)為識(shí)別與各種癌癥及其分期相關(guān)的標(biāo)志物提供了獨(dú)特的機(jī)會(huì)。非磁珠（例如二氧化鈦納米棒）用于檢查CTC。
NPs在血液蛋白質(zhì)組學(xué)中的應(yīng)用
血液是最常見的體液，它含有大量的分子，包括小分子、電解質(zhì)、藥物和在臨床環(huán)境中常規(guī)檢測(cè)的蛋白質(zhì)?；贛S的蛋白質(zhì)組學(xué)極具挑戰(zhàn)性，可用于檢測(cè)新的血液生物標(biāo)志物，而無需分餾、降解或富集。液相色譜MS/MS只能鑒定幾百種蛋白質(zhì)。
納米顆粒已廣泛應(yīng)用于血液蛋白質(zhì)組學(xué)。一種經(jīng)典的基于抗體固定的磁性納米材料的方法，即穩(wěn)定同位素標(biāo)準(zhǔn)和抗肽抗體捕獲（SISCAPA），用于捕獲特定的血蛋白生物標(biāo)志物。
靶向蛋白質(zhì)組學(xué)方法的發(fā)展，如多反應(yīng)監(jiān)測(cè)（MRM），降低了肝細(xì)胞癌早期診斷中假陰性結(jié)果的概率。應(yīng)用表面官能化的超順磁性氧化鐵（磁鐵礦）可以選擇性地富集心臟生物標(biāo)志物肌鈣蛋白I（cTnI）。
NPs的市場(chǎng)發(fā)展情況
納米顆粒作為各類樣本前處理，用于蛋白組學(xué)分析的研究報(bào)告很多，但是真正實(shí)現(xiàn)商品化提供的產(chǎn)品較少。究其原因，一是納米粒子的成本相對(duì)較高，市場(chǎng)需求少，尚不能支持工業(yè)化大規(guī)模產(chǎn)城的開發(fā)；二是，實(shí)驗(yàn)研究的少量合成所做出的應(yīng)用結(jié)果，還需大量的重復(fù)實(shí)驗(yàn)不斷驗(yàn)證?？上驳氖?，隨著蛋白質(zhì)組學(xué)成為診斷研究的越來越重要的工具，已有一些企業(yè)開發(fā)了磁性納米粒子用于蛋白質(zhì)組前處理的試劑盒，如Bruker和PuriMag都已經(jīng)開發(fā)了一些磁性介質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)10ul級(jí)別樣本的富集。
未來展望
與傳統(tǒng)方法相比，基于納米顆粒的方法具有獨(dú)特的特性，如優(yōu)越的生物相容性、大的比表面積、豐富的活性親和位點(diǎn)和獨(dú)特的表面性質(zhì)，有利于蛋白質(zhì)組學(xué)分析。由于大多數(shù)富集方法都是在體外進(jìn)行的，未來需要發(fā)展體內(nèi)富集技術(shù)。必須配備這項(xiàng)技術(shù)，以提供所考慮蛋白質(zhì)的空間位置和功能信息。這些信息將有助于創(chuàng)建精準(zhǔn)醫(yī)療。
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