蛋白質組學(Proteomics)是近年來生物學領域中發展起來的一門新興學科，它是研究蛋白質的起源、特征、表達功能以及它與生命發生、發展關系等的一門學科。在醫學領域中，通過對蛋白質組學的研究，對了解人類生命的起源、疾病的發生發展規律、疾病的診斷與治療以及疾病的預防有著重要的意義。隨著該學科的迅速發展，蛋白質組學研究普及到各個領域，相關學術組織和機構相繼成立。我國經教育部及國家計委批準，由清華大學、北京大學、北京師范大學等36所全國知名大學組建了國家生命科學與技術人才培養基地，并成立了教育部高等學校蛋白質組學研究院。
一 蛋白質組學在醫學領域的主要進展
1. 分子醫學研究與分子醫學時代的到來
蛋白質組學研究的迅速發展與其一系列研究的成功，使醫學研究真正進入到了分子水平。通過高通量的技術檢測，現在不僅可以在一個多蛋白質的混合體系中(如人體的血液、分泌液、組織液等)對不同類型的蛋白質加以區分，還能準確地測出它的分子量。即便是差1個氨基酸，也能準確地測出來。如與老年性癡呆發病有關的b—淀粉樣多肽(b-Amyloid Peptide)，應用以往方法不能確定哪種肽類片段與發病有關，現在可以將其中這種組分和它們的分子量清晰區分開來，并找到與該病發病有關的特殊組分。在人類腫瘤的發生發展過程中，過去對腫瘤臨床檢測和診斷一直停留在細胞水平上，因此臨床醫生長期盼望的真正意義上的早期診斷(如實體瘤在尚未形成包塊以前，白血病在骨髓細胞檢查不能確診以前)是不可能實現的。
由于分子遺傳學的發展，利用基因檢查及PCR擴增等技術來檢測腫瘤有了一定進展，在臨床實踐中起到了一定作用，但在腫瘤形成過程中，由于癌基因的突變、擴增和易位到腫瘤的發生是基因表達的復雜過程，它必經過一系列有關因子的作用和調控，因此即便檢測到有關癌基因的存在，也不能作為最初腫瘤形成的生物標志物，不能作為臨床最初完全確診的指標。近來發展的DNA甲基化改變檢測給腫瘤特異性診斷帶來希望，但目前檢測的敏感性較低(20~ 40%)，與用特異性抗體檢查結果無明顯差異。蛋白指紋質譜技術(SELDI，Sur-face Enhanced Laser Desorption/Ionization，表面增強激光解吸技術)是一種高靈敏度、高準確性的檢測方法，它能從一個不同成分的混合體系中檢查和區分不同組分、不同分子量(差別在1~2個氨基酸之間)的生物標志物(蛋白質)。將來，它可能成為臨床上許多疾病檢測和診斷的新模式，作為臨床檢查的常規方法。有人把它稱之為分子醫學的革命。
2. 基因表達的非線性模式圖概念
從遺傳基因到基因表達要通過許多未知基因過程的調節，一個基因的表達受許多單基因功能的影響，這種基因間的相互作用，相互影響的復雜性形成了基因表達的非線性模式，因此很難從一個基因水平的檢測作出對該基因表達狀況的判斷。蛋白質是基因表達一系列復雜過程的最終產物，即基因表達的生物學標志，通過對蛋白質水平的監測就能直接了解有關基因的表達水平，從而對疾病作出診斷。
3. 傳統特異性檢測概念的突破
特異性是指某一物質或某種疾病的專一屬性，它是代表某種物質或某種疾病的特征。通過某些特征可以識別某種物質或某種疾病，從而把它和其他物質或疾病區分開來。對專有特征的識別往往依賴于特殊的檢測方法，例如要了解某種疾病是否存在有特異性抗原就要用有關特異性抗體來檢測。自蛋白質組學研究有新發展以來，這種傳統意義上特異性檢測和界定方法有了很大的突破。如一種特異性抗原不一定需要特異性抗體來識別，可以通過精密的SELDI檢測系統對該抗原(蛋白質)進行多點測定來識別。根據基因到蛋白質表達的復雜過程，一種特異性基因的產物—蛋白質必定有相關多組分蛋白質的表達。通過對這些不同組分的檢測形成一個綜合模式圖(蛋白指紋質譜圖)，將這種圖譜(如某種腫瘤)與其他圖譜(如正常人或其他疾病)相比較，進而識別這種特異蛋白(如腫瘤抗原或其片段)。這種檢查并不需要特異性抗體來參與，其特異識別率(陽性率)達到80~90%。這大大節省了時間、勞力和經費。
4. 蛋白質組學研究大大推動了醫學領域研究進展
在艾滋病感染人群中，有2~3%的人并不發病。自1986年以來，經過一系列研究，認為是被稱之為“CAF”的抑制因子抑制了HIV-1的復制，但對其確切機理并不十分清楚。2002年著名艾滋病雞尾酒療法創立者何大一教授借助SELDI技術，在短短3個月內的時間里檢測出這種抗HIV的物質是由三種(a-defensin 1、2、3)物質所組成，這推動了抗艾滋病生物藥的開發和研究。自SELDI蛋白質指紋質譜技術應用于臨床以來，在許多疾病特別是腫瘤的診斷和早期診斷方面有了突破性的進展。美國、歐洲和中國等在3年時間里，對近20種腫瘤進行了蛋白質組學檢測，結果顯示檢測的敏感性和診斷陽性符合率均達到80~90%以上，最高達到99%; 特別是腫瘤的早期診斷，在臨床和其他方法尚不能確診的情況下，SELDI蛋白指紋質譜檢測已顯示為陽性。根據美國一組報告，通過SELDI蛋白質指紋質譜檢測，不僅能將前列腺癌病人、前列腺肥大病人與正常人正確區分開來，而且能從存放5~10年的前列腺癌病人臨床發病前、PSA檢測尚為陰性的血清中檢測出與前列腺癌相關的生物標志物。這證明腫瘤的早期診斷是完全可能的，為腫瘤病人的有效治療乃至徹底治療帶來希望。
二 蛋白質組學檢測技術上的重大創新
一切科學研究重大成果的取得及理論上的重大突破，往往緣于它研究工具和研究方法的創新。蛋白質指紋質譜檢測系統的創新是將現代生物學技術(蛋白芯片)、現代物理學技術(激光檢測系統)和現代信息技術(BPS軟件分析系統)完整結合。
蛋白質有許多傳統檢測技術，如酶聯免疫吸附試驗(ELISA)、雙相電泳技術、激光捕獲微切割(LCM)技術、Western Blot及熒光差異凝膠電泳(DIGE，Differential Gel Electrophoresis)等。這些檢測技術在蛋白質檢測中均起到不同的作用，為基礎研究和臨床診斷等提供各種有用的資料。但綜合其缺點主要有: 有的檢測需特異標志物—抗體，而單抗制備需要經過篩選提純等一系列復雜過程; 有的檢測需有大量的標本，假如標本為一種混合物(如組織液等)，則標本在檢測前需要進行蛋白提取，從而限制了應用范圍; 有的需要進行染色，如DIGE; 有的不能將一種蛋白質各個組分特別是小分子量組分完全分開，如雙相電泳、Western Blot等; 而SELDI指紋質譜技術克服了上述缺點，它可以對各種樣本直接進行分析，特點是微量、精確、簡易、快速，適用于基礎、臨床等各個領域。它形象地將檢查結果比喻為指紋或超級市場中各種商品上的條碼標簽，通過檢測分析系統就能識別被測的是哪一種蛋白，可見其精密程度。
SELDI蛋白指紋質譜技術，在吸收傳統質譜技術優點的基礎上，克服了MALDI(基質輔助激光解吸附)傳統技術中某些缺點，創造性地增加了特異蛋白芯片閱讀系統，可稱作蛋白質檢測技術最新一代或第四代產品。
SELDI技術的蛋白芯片—飛行時間質譜儀由三部分組成，即蛋白芯片閱讀器(ProteinChip* Reader)、飛行時間質譜檢測系列(PBSIIc系列)和分析軟件(ProteinChip軟件)。其獨家特有的蛋白芯片閱讀器是其技術的核心，通過化學表面與生物表面兩類芯片可以捕捉到所要求檢測的各種蛋白質。
三 SELDI蛋白芯片
根據不同蛋白質化學特性: 疏水、親水、陽離子、陰離子、金屬離子親和等以及抗原抗體結合、受體配體結合及脫氧核糖核酸與蛋白質結合等生物學特性，專家們發明了化學表面芯片與生物表面芯片兩類芯片。
這樣可以將多種性質不同的待測蛋白質被捕捉到相應芯片的芯池中，芯池中的被測蛋白質通過激光解吸等過程，經過質譜檢測系統檢測，再通過BPS軟件系統分析，最后將結果繪制成蛋白指紋質譜圖，從而將正常人與患某種疾病病人區分開來。
化學芯片又分為疏水、親水、陽離子、陰離子、金屬芯片等五種，可以直接對未經處理的任何生物樣品(如血清、體液、組織液、尿液、細胞培養或裂解液等等)進行分析，迅速發現多個生物標志物。生物表面芯片又分為抗原—抗體、受體—配體及脫氧核糖核酸蛋白質等三種，該類芯片特異性高，可以鑒定未知抗原蛋白質等，以減少測定蛋白質序列的工作量，利用定量抗體對抗原進行定量分析。生物芯片功能廣，如利用抗體芯片可解決傳染病窗口期檢測、替代Western Blot、補充流式細胞儀的某些不足，而敏感性和特異性均高于流式細胞儀。精細的分析軟件系統對樣品進行檢測程序、條件等自動化設計和調試，對檢測結果進行自動化處理、存儲、建立數據庫、繪制圖形等。
四 SELDI基本工作原理和特點
1. 基本工作原理
利用激光脈沖輻射使芯池中的待測分析物解吸形成電荷，根據不同質荷比，這些解吸的離子在儀器測試場中飛行時間長短不一，分子量大的時間長，分子量小的時間較短，由此繪制出被測物質的質譜圖，該圖經計算機特殊軟件處理還可繪制成模擬圖譜，同時顯示各種蛋白質的分子量、含量等多種信息。將一個人蛋白質的測定圖譜與正常人或某種疾病(如老年性癡呆、腫瘤等)的圖譜或基因庫中的圖譜相對照，就能知道這個人的圖譜是正常或是患有某種疾病，或是存有某種尚未明了的新的特異蛋白生物標志物。
2. SELDI技術主要特點
待測樣品來源廣泛，不需做特殊前處理，可以直接點樣檢測，如血清、尿液、組織液等等，如未能及時檢測，樣品可儲存在零下80℃條件下，隨時取出檢測;
超小樣品體積(0.5mL)到大體積(400mL)范圍及極高靈敏度(少于1fmole)的檢測，避免了其他方法需要巨大標本量以及蛋白質含量少難以檢測或不能檢測出來的常見問題;
小型試驗或高通量檢測的自由選擇，每次可測8、16、96或192個樣品，既適合于實驗室研究又可滿足臨床疾病檢測，普查及多樣本篩選等需要;
檢測蛋白質分子量范圍較大: 0~500kDa;
應用范圍廣，是一種無創檢測，如臨床疾病的診斷，治療中療效監測及預后估計，發病機理研究，藥物毒理研究及毒理檢測，蛋白質純化及功能鑒定，抗原、抗體、受體、配體、底物等檢測，DNA、RNA蛋白質調節研究，蛋白質甲基化、磷酸化、糖基化研究等等;
檢測快速，結果可靠，一般標本從芯片檢測到閱讀結果僅需約5min，從標本制備到出結果全過程僅約1h，且結果重復性好，同一標本多次檢測誤差僅約5~10%;
檢測的敏感性及特異性高，經世界多家著名科研及臨床單位大量標本檢測結果顯示，腫瘤的檢測敏感性及陽性率均在80~90%以上，這是目前其他任何方法均無法比擬的。
SELDI技術是美國NIH、NCI、FDA和中國教育部高等學校蛋白質組學研究院的核心技術，也是2002年諾貝爾化學獎的應用技術。其多項研究成果發表在Nature、Science、Lancet等30余種著名雜志上。