高豐度蛋白去除與低豐度富集方法的原理及特點

———高豐度蛋白去除與低豐度富集方法的原理及特點

01，血液蛋白質(zhì)組特點

血漿與血清是從全血中分離出的一種十分復(fù)雜和多樣化的基質(zhì),包含數(shù)百萬種蛋白質(zhì)和小分子多肽、鹽、類脂、氨基酸和糖等。血液蛋白參與機體免疫、凝血-抗凝血、物質(zhì)運輸、營養(yǎng)和對生體信號調(diào)節(jié)等多種重要的生理功能。人體器官的病理變化可以直接導(dǎo)致血液蛋白在結(jié)構(gòu)和數(shù)量上的改變,這種特征性的變化對疾病診斷和療效監(jiān)測具有十分重要的意義。但是目前只有很少一部分血液蛋白被用于常規(guī)的臨床診斷。全面而系統(tǒng)地認(rèn)識健康和疾病狀態(tài)下血液循環(huán)中血液蛋白的性質(zhì),會極大地加速對具有疾病診斷和治療監(jiān)測作用的血液標(biāo)志蛋白的研發(fā)。

迄今為止我們對血液蛋白的了解還十分有限,血液蛋白質(zhì)組的確切大小尚不清楚，具保守估計包含上萬個蛋白質(zhì)且可能具有超過12個數(shù)量級的濃度范圍。從mg/mL級別的組成性蛋白、免疫蛋白等高豐度蛋白到pg/mL級別的配體受體、異常分泌蛋白、外源蛋白等低豐度蛋白。這些低豐度蛋白,它們種類繁多、性質(zhì)各異、作用重要、分離和鑒定相當(dāng)困難，再加上蛋白質(zhì)缺乏像核酸聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)一樣的擴增機制，無法對這些低豐度蛋白進行"放大'研究，這些特性是血液蛋白質(zhì)組研究"窄而淺'的根本原因。▼MolecularCellularProteomics

▼Volume1Issue11Pages845-867(November2023)

▼DOI:10.1074/mcp.R200007-MCP200

圖1|血液中常見蛋白質(zhì)的濃度級別02，基于高豐度蛋白去除的血液蛋白質(zhì)組方法

近年來基于液質(zhì)聯(lián)用的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)已經(jīng)日趨成熟,可以對細(xì)胞和組織中的成千上萬種蛋白質(zhì)進行全面的定性和定量分析,逐步實現(xiàn)"深度覆蓋'。但是由于液相色譜的分離能力的限制，以及質(zhì)譜檢測傾向性的影響，樣本中的某些蛋白豐度過高時無法進行有效的深度蛋白組分析。

傳統(tǒng)針對血液蛋白組的前處理策略是樣本進行高豐度去除處理。其主要的原理是通過各類吸附材料對高豐度蛋白進行特異性與非特異性的結(jié)合。但是在去除高豐度蛋白的同時會帶走很多低豐度蛋白,而丟失大部分蛋白質(zhì)信息。例如,占血液總蛋白一半以上的白蛋白(55%)其實是血液中重要的轉(zhuǎn)運蛋白,去除白蛋白的同時很可能會帶走與白蛋白結(jié)合的細(xì)胞因子、肽類激素以及脂蛋白等低豐度蛋白。甚至有一些不常見的物種由于免疫結(jié)合的特異性無法適配市售的去高豐度試劑盒，這種前處理方法有著明顯的局限性。圖2|多重親和去除系統(tǒng)原理示意圖03，基于納米顆粒的中低豐度蛋白富集的血液蛋白質(zhì)組

低豐度富集是近年來發(fā)展起來的一種前處理方法，其主要原理是通過混合的納米顆粒對低豐度蛋白進行親和吸附形成"蛋白質(zhì)冠'，后續(xù)經(jīng)過洗滌就可以很好地去除高豐度蛋白。混合納米材料表面修飾了不同配基，他們對不同的蛋白序列具有特定的親和性，可以對多種低豐度蛋白質(zhì)進行富集能有效解決蛋白信息丟失的情況（見表1）。且這種前處理方法穩(wěn)定性良好，同時也可回收高豐度去除方法中的絕大多數(shù)蛋白信息（見圖3）。

圖3|血液低豐度蛋白富集原理示意圖

鹿明生物Deep高深度血液蛋白質(zhì)組

鹿明生物基于納米顆粒對血液樣本中低豐度蛋白進行富集，采用全新一代4DtimsTOFPro2結(jié)合DIA-PASEF質(zhì)譜掃描模式對血液中低豐度蛋白進行無遺漏的全景式掃描采集，全面提升中低豐度蛋白的檢出率，實現(xiàn)血液樣本2000+的高深度檢測?；谧顧?quán)威的SwissProtreviewed非冗余數(shù)據(jù)庫+SpectronautPulsar16分析軟件進行搜庫定性定量分析獲得高質(zhì)量的定性定量結(jié)果，部分測試數(shù)據(jù)如下：圖4|血清高豐度去除與低豐度富集處理蛋白鑒定數(shù)對比表圖5|特殊樣本無處理與低豐度富集處理后蛋白鑒定數(shù)對比另外，納米顆粒吸附不同于免疫親和法，對一些沒有商業(yè)化試劑盒無法有效進行高豐度去除的物種樣本也表現(xiàn)出良好的處理效果，可以擺脫去除高豐度蛋白試劑盒對物種的限制，以下為部分項目經(jīng)驗展示（圖5）。

文末看點｜lumingbio

鹿明生物從事蛋白組及代謝組質(zhì)譜