探究蛋白组学技术及其在营养学研究中的应用

探究蛋白组学技术及其在营养学研究中的应用

郑倩茹 ,郭东升

杭州海润泰合检测技术有限公司，310000，浙江省杭州市

摘要： 蛋白质组学主要研究细胞或组织内表达的全部蛋白质及其表达模式， 其三大基本支撑技术是双向电泳技术、质谱技术以及计算机图像分析与大规模数据处理技术。随着蛋白质组学研究的进展， 营养蛋白质组学应运而生， 迅速成为营养学研究的新前沿。本文对蛋白质组学的研究内容、研究技术及其在营养学领域中的应用做一综述。

关键词： 蛋白质组； 研究技术； 营养

引言：随着蛋白质组学研究的发展和深入，特别是差异蛋白质组学研究的进展，潜在疾病蛋白质和大量功能蛋白质标志物被发现并且被鉴定，如何进一步探测这些蛋白质的表达风度，以阐明其功能和在疾病研究中的意义，已变得越来越重要。由于人类社会的不断发展以及人们生活水平的不断提高，一些“文明病”如糖尿病、肥胖、心血管疾病及癌症等已成为人类的最大优惠。澳大利亚学者Wilkins等最早提出蛋白质组概念，即基因所能表达的全部蛋白质，具体地说就是组织、细胞或机体在特定时间和空间上表达的所有蛋白质。通过对不同空间和时间上发挥功能的特定蛋白质组群进行研究，从而在蛋白质的水平上探索其功能机制、作用模式、调控和调节及蛋白质组群内的相互作用，因此产生了蛋白质组学这一新兴学科。目前，主要应用于食物蛋白质活性成分的研究、调控机制的揭示与营养素代谢、营养相关疾病和营养评价的蛋白质表征等。本文浅析蛋白质组学技术在营养学研究中的应用，进行简单综述。

1.蛋白质组技术在营养学研究中的应用意义

随着蛋白质组学研究的进展， 营养蛋白质组学（ nutriproteomics） 应运而生， 并迅速成为营养学研究的新前沿。通过营养蛋白质组学研究， 能够检测到营养素对整个细胞、整个组织或整个系统及作用通路上所有已知的和未知的分子的影响， 因此使研究者能够真正全面了解营养素的作用机制。该技术在人体营养状况的评价方面也具有广阔的应用前景。平衡试验或因子分析等用于评价人体营养状况的传统方法并不适用于所有营养素， 尤其对锌、碘、铁等一些具有较强稳态作用、涉及复杂分子调控的营养素而言更是如此。因此， 寻找反映人体营养状况的灵敏而特异的指标一直是营养学家孜孜以求的目标。蛋白质组技术将有助于从分子水平上发现大批可特异反映人体营养状况的生物学标志物。营养蛋白质组学的研究成果还将有助于个性化食谱的制定、营养蛋白质组数据库的构建以及营养相关疾病的诊断与治疗。开展此方面的研究不仅可以了解人体营养素代谢与蛋白质表达的关系， 从分子水平探讨改善各类人群营养状况的有效措施， 而且有助于营 养相关疾病 的预防、早期 诊断与治疗。

2.蛋白组学研究技术

2.1双相电泳质谱技术

双相电泳质谱（2-DE-MS）技术是最经典也是应用最广泛的蛋白组学技术，蛋白质根据其等电点和分子量分别在第一维电泳等电聚焦和在第二维电泳上分离。2-DE分离后，蛋白质由考马斯亮蓝、银染或荧光染料染色得到图像和相对定量信息。双相荧光差异凝胶电泳（DIGE）技术改进了 2-DE 的重现性，用不同的荧光染料分别标记多个蛋白质样品，然后在同一块凝胶上分离和显色，这样，电泳前标记的荧光染料就能消除凝胶之间的差异，并可用软件对荧光图像进行定量分析，最后由胰蛋白酶或溴化氰消化胶上蛋白后经 MALDI-TOF-MS 鉴定。2-DE-MS 法的优点是具强的蛋白质分离能力和相对定量，并能鉴定磷酸化、甲基化、羟基化、糖基化、乙酰化等蛋白质翻译后修饰。缺点则是极端酸性和碱性蛋白质在电泳中丢失严重，碱性蛋白分离不佳，不易得到极端分子量（小于 8kD 或大于 200kD）蛋白、低丰度蛋白和膜蛋白、难以检测某些疏水蛋白，也不能实现大规模自动化分析和提供绝对定量的信息。

2.2多维色谱 - 质谱联用技术

MudPIT 技术先由特异性的胰蛋白酶消化，产生的多肽由强阳离子交换柱和反相 HPLC 分离后经 ESI-MS/M S 分析。同位素亲和标签可标记对照组和处理组样品的蛋白质，从而得到蛋白组的定量信息。而且用1 3 C 标记多肽加入蛋白质消化混合物中，可用于样品制备过程中肽回收率的测定。由于 MudPIT 法采用高速且高灵敏度的色谱分离法来代替耗时的 2-DE 蛋白质分离法，故其与经典的 2-DE-MS 法相比，具有快速、样品需要量少和多肽分离的通用性强等优点，但 MudPIT 法不能提供蛋白质异构体和翻译后修饰的相关信息。

2.3 SELDI-TOF-MS 技术

SELDI 技术通过离子交换柱或 L C 分离蛋白质，并通过芯片上抗体、底物等的亲和力从蛋白质混合物中直接获得单个或多个目标蛋白。故 SELDI 技术能从复杂蛋白质样品中富集蛋白质亚群，所得蛋白经激光解析离子化后进一步质谱鉴定。SELDI 技术的样品制备简便，减少了样品的复杂性，特别适于转录因子等低丰度蛋白质的检测，并能迅速进行蛋白质的表征。然而该方法目前仅可应用于分子量不大于 20kD 蛋白质的分离鉴定，且分子量精确度低于经典的 2-DE-MS 法。

3.蛋白质组学在营养学中的应用

营养蛋白质组学技术的广泛应用促进了营养学多个领域的发展，包括食品蛋白质的组成与活性成分，研究及相关食品安全检测，机体体液蛋白质的鉴定和表征，蛋白质在营养物质的吸收、消化和代谢过程中的调控机制，以及营养素在抵抗疾病、生殖、生长和维持健康过程中蛋白质的作用，还有营养素的个体化需要量的研究等。目前蛋白质组学技术在营养学领域主要应用于以下几个方面。

3.1营养物质代谢与调控机制的揭示

蛋白质组学技术为肥胖、心血管疾病、糖尿病、衰老等营养与调控异常疾病的机制研究提供了心动途径，阐明了行呀代谢和调控机制。Li等采用2-DEMS法比较了老年人与青年人正常结肠黏膜上班细胞蛋白质组，发现代谢、分钟伴侣、能力常识、心慌转导、抗氧化、细胞凋亡和蛋白质修复相关蛋白质出现差异表达，此研究有助于理解营养吸收与代谢相关细胞衰老的分子机制。

3.2食物蛋白质活性成分的研究

食物蛋白质的组成和鉴定主要是对其营养价值和潜在有害作用的分析。目前主要集中在富含蛋白的奶制品或奶、大豆中蛋白质组成的研究。Gianazza等采用NAKDI-TOUF-MS和2-DE技术发现不同蛋白质组成的大豆对人体血浆脂蛋白等水平有影，其中11S和7S球蛋白变化明显。奶的蛋白质组学研究发现奶中小分子量蛋白质的潜在生物学功能和有益作用。蛋白质水解是影响乳制品质地的关键因素，所产生的肽类一般具有独特的生物学特征或风味物质的前体，二维凝胶电泳用于考查蛋白水解酶对蛋白质的降解作用。

2.4 营养物质在生长和维持健康中的作用研究

人类和动物为维持代谢、生长、繁殖和健康必须充分摄入各种营养物质，而过量摄入或缺乏一种或多种营养素将会导致严重的代谢紊乱。营养素在生长和维持健康中的作用、特别是营养与衰老的关系受到广泛关注。据 L i 等报道，限制能量摄入可促进某些蛋白折叠而增强其功能，从而能维持较高的葡萄糖代谢率和减缓年龄相关的视网膜老化。谷氨酰胺可使人小肠上皮细胞某些对人体有益的蛋白质表达上调，如调控氨基酸、脂质和维生素 A 代谢的蛋白。蛋白质组分析表明高脂肪食物能使小鼠肝脏脂质代谢酶和过氧化酶表达上调，同样，虹鳟肝脏蛋白组表达也随着摄入蛋白质的来源不同而不同。膳食中铜、铁、叶酸和锌的缺乏能明显影响小肠和肝脏中与细胞氧化还原调控、脂质代谢、蛋白质磷酸化、DNA 合成和营养物质转运等相关蛋白质的表达。大豆异黄酮能显著增加大鼠乳腺三磷酸鸟苷环化水解酶Ⅰ的表达量，促进 N O 合成，从而降低癌症发生率。这些研究有助于理解营养素在生长、衰老、繁殖和维持健康的分子机制。

结束语：蛋白质组学技术能够鉴定、分辨和定量复杂的蛋白质混合物，探索蛋白质与其他分子进行细胞定位、相互作用及了解蛋白质在新陈代谢中的作用，极大地扩展了营养学研究领域，促进了营养学的快速发展。营养蛋白质组学的研究成果将有助于人类对营养素作用分子生物标志物的发现、分子机制的揭示、个性化应用参考摄入量的研究已经营养相关疾病的诊断与治疗。蛋白质组学的研究不断应用于营养学的各个方面，为预防疾病和保障人类健康做出重大贡献。

参考文献：

[1]李倩.探究蛋白组学技术及其在营养学研究中的应用[J].人人健康,2017(08):4.

[2]梅辉. 蛋白质组学在营养学研究领域的应用价值探讨[J]. 粮食流通技术, 2018(021):011.

[3]毛君玲. 从双向电泳到生物质谱——蛋白质组分析技术的最新进展[J]. 现代科学仪器(2):38,37.