張玉奎：蛋白質組學分析方法進展

　　2014年8月26日，第十三屆全國青年分析測試學術報告會在陜西西安南洋大酒店隆重開幕。來自全國各地的分析測試學界代表近200人參加了此次報告會，分析測試百科網作為合作媒體全程跟蹤報道了此次會議。來自中國科學院大連化學物理研究所的張玉奎院士做了題為《蛋白質組學分析方法進展》的報告，并主要介紹了大連化物所分離分析化學重點實驗室的一些代表性工作。

中國科學院大連化學物理研究所 張玉奎院士

　　張院士首先介紹了蛋白質組學由1995年在國際上提出到2014年6月中國正式啟動“中國人類蛋白質組計劃”的發展階段的各里程碑。回顧介紹了2011年世界科學家組織的C-HPP協會，該協會的目標是：通過蛋白質組學技術，鑒定每條染色體上編碼的所有基因產物，從而實現人類蛋白質組的全覆蓋。再談到研究蛋白質組學涉及的各大主要方向：蛋白質修飾、定量蛋白質組等。在蛋白質修飾方面，鄒漢法教授作為首席，承擔了國家重大科學研究計劃“修飾蛋白質規模化分離鑒定新技術新方法”。

　　張院士主要展開介紹了蛋白質定量方面的工作。在定量蛋白質組學方面，Aebersold. 于2009年在Nature Method發表的文章曾指出，目前蛋白質組學定量方面面臨嚴峻挑戰：變異系數40-50%，誤差20-30%，覆蓋率<50%，這對樣品富集、色譜分離、質譜鑒定、數據分析等都提出更高的技術要求。張麗華教授作為首席，承擔了2011年國家重大科學研究計劃“蛋白質定量新方法及相關技術研究”。研究內容及預期目標包括：（1）樣品處理與分離材料，評價指標為回收率，從現有的60-70%提升到>90%；（2）相對定量，評價指標為變異系數，從現有的40-50%降低到<20%；（3）絕對定量，評價指標首先為誤差，從現有20-30%降低到<10%，其次為覆蓋率，從現有<50%提升到>80%。（4）搭建集成化的蛋白質定量分析系統，從沒有評價指標到定量的蛋白質數量達到>1000個，變異系數<15%。（5）開發蛋白質定量軟件，從譜圖利用率<50%到>50%。

　　截止目前，課題組研制了新型的磷酸化肽何糖蛋白/糖肽選擇性富集材料，樣品的回收率從50-70%提到到75-93%。發展了基于色譜-質譜的相對定量新方法，相對定量的變異系數從40-50%降低到<20%。發展了基于色譜-質譜的絕對定量新方法，使絕對定量的標準偏差由20-30%降低到15%。

　　接下來，張院士介紹了課題組定量蛋白質組學的研究進展。包括：

　　（1）基于離子液體的高效膜蛋白質組樣品的預處理方法，該工作被Proteomics 2013年上的綜述文章評為：與SDS，RapiGest和甲醇相比，離子液體不僅具有優異的溶解能力，而且對胰蛋白酶的酶解效率沒有影響；利用離子液體提取，整合膜蛋白的堅定覆蓋度比尿素提取提高了3倍；

　　（2）基于二級質譜碎片離子的高精度蛋白質組定量技術，該技術采用甲醛、氰基硼氫化鈉，以及各自不同形式的穩定同位素組合，發展了具有高標記效率（>90%）的基于二級質譜碎片離子的蛋白質組定量技術，提高了定量結果的準確度和覆蓋度。在肝癌淋巴道高低轉移相關蛋白質分析中，定量到2015種蛋白質；283種蛋白質在高轉移細胞株中低表達，236種蛋白質在高轉移細胞株中高表達，12種差異蛋白質已得到生物學驗證，其中3種蛋白質與肝癌轉移相關，目前正在做臨床樣品的規模化驗證。

　　（3）基于固定化酶反應器的高通量蛋白質組定性分析策略。課題組研制了基于氧化石墨烯的固定化酶反應器，將樣品酶解時間由12小時縮短到5分鐘以內，酶解效果相當。在Chem Soc Rev. 2013的綜述中說：由于具有比表面積大、功能基團多和親水性好的優點，制備的氧化石墨烯納米復合材料具有酶鍵合容量高的、肽段殘留低、易于操作等特點，提高了蛋白質組酶解的效率和通量；酶的固載量達到275 ug/mg，是目前已報道工作的最高值。課題組還開發了在線樣品預處理-肽段分離鑒定的系統，樣品處理時間由24小時縮短到10分鐘以內，從鼠肝中鑒定的蛋白質數目提高了1倍。獲得J . Chromatography A. 2014綜述的評價為：首次將基于IMER的集成化系統用于膜蛋白質組分析。課題組建立了集成化的蛋白質分離-樣品預處理-肽段分離鑒定的在線平臺，獲得Electrophoresis 2012年綜述的高度評價。

　　接下來，張院士介紹了重點實驗室的幾位骨干：鄒漢法、張麗華、梁鑫淼、許國旺、關亞風研究員，整個重點實驗室的核心目標是構建復雜體系的高效分離與表征技術和方法。目前實驗室有LC-MS 48套，GC-MS 套，CE-MS 3套，MALDI-TOF-MS 5套，HPLC 51套，半制備HPLC 8套，CE 9套。實驗室還承擔了儀器研發方面的課題，比如承擔2012年國家重大科學儀器開發專項；“多維生物色譜儀及液質聯用關鍵部件的研制”；2013國家自然科學基金重點項目“高靈敏度ESI基礎理論研究及在低豐度蛋白分析中的應用”。

　　最后，張院士展示了在SCI期刊上中外學者發表有關分離技術的發表情況的統計結果，對比中國、美國、日本三個國家，從2001年到2013年，在色譜和毛細管電泳相關的論文數量，中國從最初的第3位每年上升，自2010年后，中國學者在該領域的發表數量已超過美國，為世界第一；在被引用頻次上，2004年前還落后美國很多，目前已非常接近。張院士最后寄語年輕人：中國在世界的影響越來越高，中國的分析測試事業的前途越來越光明，希望年輕人能越做越好。