生物实验技术

4. 双向电泳在医学研究中的应用

a. 人类疾病的蛋白质组研究

(1) 直肠癌：直肠癌的发生是一个多基因突变导致抑癌基因失活，癌基因活化的过程。 Sanchez 等对 15 例结肠癌和 13 例正常人的结肠上皮进行 2DE ，结果发现在分子量为 13kD 和 PI( 增殖指数 ) 值为 5.6 处的蛋白质仅出现在结肠癌的组织中。其中 15 例患者的癌细胞中有 13 例 13kD/PI5.6 蛋白有上调趋势 (87%) 。此外，发现此种蛋白不仅在中度、低度分化的结肠癌及有 24 年病史的溃疡性结肠炎过度表达，而且出现在 7 例分化程度不同的腺瘤的癌前病灶，但对照组则很少出现，这表明该蛋白的出现对检测早期直肠癌有重要的临床意义。

(2) 肝癌： Peter 等在用 N- 甲基 -N- 亚硝基脲诱导的小鼠肝癌中，用 2DE 及氨基酸微型测序可分辨出肝癌诱导的醛糖还原酶样的蛋白质 (35kD/PI7.4) ，此种蛋白质在肝癌、胎肝中有高表达。经免疫组化证实，肝癌诱导的醛糖还原酶样的蛋白质在成人肝脏中不表达，但在小鼠的肝癌中又重新表达，同时发现该蛋白在癌前病变及肝癌中表达强烈，而在肝脏周围的正常组织不表达，表明该蛋白可能与肝癌的发病有很大关系。






(3) 膀胱癌：丹麦的一个小组利用 2DE ，并结合了蛋白印迹法、微型序列分析及质谱技术分析了 150 例膀胱癌病人的组织，发现角蛋白 10 、 14 及银屑病相关的脂肪酸结合蛋白等可作为膀胱癌不同分化程度的标记物。

(4) 肾癌： Sarto 在对肾癌的研究中发现有 4 种蛋白质存在于正常肾组织而在肾癌细胞中缺失，其中两种分别是辅酶 Q 蛋白色素还原酶和线粒体泛醌氧化—还原复合物 I ，这提示线粒体功能低下可能在肿瘤发生过程中起重要作用。

(5) 扩张型心肌病：扩张型心肌是一种严重的可导致心衰的心脏病，其发病机理尚不明确，推测可能为多种因素所致， Knecht 等采用 2DE 取得了 3300 个心肌蛋白条带，通过氨基酸序列分析， Edman 降解法及基质辅助的激光解吸离子化质谱 (MALDI-MS) 等分析了其中 150 条，经活检及病理证实，有 12 条为扩张型心肌病特有的蛋白。

(6)RA 和 OA ：类风湿关节炎 (RA) 是一种常见的慢性炎性关节疾病，本病侵犯多个关节，主要累及手足小关节，病情迁延反复，主要的病理变化为关节滑膜的慢性炎症，细胞侵润，血管翳形成，软骨及骨组织侵蚀，导致关节结构的破坏，功能丧失。而骨性关节炎 (OA) 其基本病理改变为多种致病因素引起的进行性关节软骨变性，破坏及丧失，关节软骨及软骨下骨边缘骨赘形成，由此引起一系列的关节症状和体征。有研究者对滑膜细胞进行原代培养，应用流式细胞仪鉴定滑膜细胞类型，提取蛋白进行双向电泳分离，比较 RA 与 OA 成纤维样滑膜细胞 (Fibroblast-Like Syno-viocytes ， FLS) 蛋白酪氨酸磷酸化状态的差异，结果显示： RAFLS 蛋白酪氨酸磷酸化较 OAFLS 明显增多，其中以相对分子质量 42 × 10 3 ~95 × 10 3 间蛋白酪氨酸磷酸化位点居多，对其结果进行灰度扫描， RAFLS 灰度扫描值为 4227672 ± 8947 ， OAFLS 为 663480 ± 7962 ， RAFLS 的灰度扫描值约为 OAFLS 的 6.5 倍，两者具有非常显著性差异 (T= 2.820 ， P<0.01) 。 1980 年 Hunter 首先发现酪氨酸激酶 (PTK) ，许多生长因子受体都具有 PTK 活性，一半以上的癌基因产物也具有 PTK 活性，他发现酪氨酸磷酸化比例虽小，但却与细胞生长、增殖关系密切，很可能是正常细胞与肿瘤细胞相互转化的关键，癌基因活化后， PTK 活性大大增加。 1992 年， Williams 等研究发现， RA 滑膜细胞中的 PTK 活性远远高于 OA ，这可能是导致 RA 滑膜细胞转化特性而呈持续活化状态的关键，作者推测 RAFLS 可能存在原癌基因的活化或突变，或多种生长因子受体的持续激活，从而导致转化细胞的外观表现并伴有 PTK 活性的增高。


(7) 其它：目前许多研究者利用 2DE 对人体的各种组织、器官、细胞进行了研究，为疾病的诊治及了解发病机制提供了新的手段。如 Bobring 等联合双向电泳与 Western 技术鉴定分离了高纯度精子膜蛋白，发现 14 种膜抗原。它们极有可能与男性不孕症或输精管切除患者体内抗精子自身抗体 SPAb 结合，影响精子运动与顶体反应，为深入了解精子不育机理，确定 SPAb 的存在找到一个可行的方法。有作者在酒精对人体毒性的研究中发现，乙醇会改变血清蛋白糖基化作用，导致许多蛋白的糖基缺乏，如转铁蛋白。







b. 致病微生物的蛋白质组研究

(1) 检测博氏疏螺旋体与免疫相关的蛋白质：博氏疏螺旋体是莱姆病的主要原因，约有 50% 的未治患者发展为神经系统及关节系统疾病，该螺旋体分为三种类型： B.burgdorferi sensu stricto ； B.garinii ； B.afzelii 。其诊断由于血清学检查的局限性而存在敏感性及特异性变化大的缺点，为克服这一不足， Peter 等用 2DE 从 B.garinii 得到 217 个银染的蛋白斑点，从中用兔多克隆抗体鉴别出 6 个已知抗原，将不同临床表现莱姆病患者的血浆用 B.garinii 2DE 图杂交。用抗 IgM 及抗 IgG 作为第二抗体，在 10 例有游走性红斑的患者血浆中，检测出 60~80 个抗原，同时发现在有关节炎患者血浆中，包含有抗 15 种抗原的 IgM 抗体及抗 76 种不同抗原的 IgG 抗体。而晚期有神经系统症状的患者血浆中，则包含有抗 33 种抗原的 IgM 抗体及抗 76 种抗原的 IgG 抗体。上述三种类型患者的血浆中均包含有抗 6 种已知抗原的抗体，且被 SDS-PAGE 杂交所证实，这些抗原均为特异性诊断的标志物。

(2) 弓形体抗原的检测：弓形体病是由鼠弓形体虫引起的寄生虫病，如果怀孕的妇女在妊娠期受到感染，该虫可通过胎盘引起胎儿的感染，大约 50% 新生儿由于母体的感染而引起先天性疾病。目前一般利用血清学及 PCR ，而单独采用血清学如用 IgG 、 IgM 或 IgA 抗体对疾病活动期敏感性不够，尤其对于妊娠或有免疫抑制的患者，因此临床上能否作到早期诊断，而使患者得到早期治疗尤为重要。 Jungblut 等将鼠弓形体虫 RH 株在人羊膜细胞系 FL521 中传达后，用 2DE 得到 300 个银染斑点，再将其与以下三种患者的血浆进行免疫杂交：

(a) 患有急性弓形体病的妊娠妇女 (N=11) ；

(b) 患急性弓形体病的非妊娠 (N= 6) ；

(c) 有潜在感染的患者 (N=9) 。

　　结果有 9 个斑点对各阶段的弓形体感染均反应，这 9 种斑点被用来当作弓形体感染的标记，其中 7 种标记可用作区别疾病的不同阶段。

(3) 新抗生素作用机理的研究：在新抗生素作用机理的研究方面， 2DE 技术发挥了重要作用，因现在细菌对大多数抗生素都有了抗药性，而用于临床的抗生素几乎都是原有抗生素的衍生物，而目前这种状态有所改变，在研究抑制核糖体类抗生素对细菌的作用机制时，对 12 种作用于翻译过程的不同阶段和核糖体内不同分子的抗生素加以考察，发现其中 8 种诱导冷休克反应的一系列蛋白质，另 4 种诱导一系列热休克反应的蛋白质，因此预计新的作用于核糖体的化合物也是诱导这两种反应，并且藉此可推测大肠杆菌对冷热的反应发生于核糖体水平上。

　　由此可见双向电泳技术在蛋白质组与医学研究中所处的重要位置，它在分离蛋白质谱的应用引起了蛋白质生化和功能分析方法的复兴。我们相信随着蛋白质组研究的技术体系的不断改进和发展，为人类从蛋白质水平上揭开生命活动规律的那一天终究会早日到来。