抗体研究中心

蛋白质芯片

蛋白质芯片又称蛋白质微阵列( Protein microarray) ,是指固定于支持介质上的蛋白质构成的微阵列。最早是在生物功能基因组学研究中继基因芯片之后,作为基因芯片功能的补充发展起来的。蛋白质芯片与基因芯片类似,是在一个基因芯片大小的载体上,按使用目的的不同,点布相同或不同种类的蛋白质,然后再用标记了荧光染料的蛋白质结合,扫描仪上读出荧光强弱,计算机分析出样本结果,从理论上讲,蛋白质芯片可以对各种蛋白质、抗体以及配体进行检测,弥补基因芯片检测的不足,该方法不仅适合于抗原、抗体的筛选,同样也可用于受体配体的相互作用的研究,具有一次性检测样本巨大、相对低消耗、计算机自动分析结果以及快速、准确等特点。
抗原、抗体芯片是指将抗原或者抗体固定在支持介质上，它们在本质上属于蛋白质,抗体芯片的称谓来源于免疫学角度,由于其在微生物感染检测中巨大的潜在应用价值而引起人们广泛的兴趣,是蛋白质芯片研究中进展速度较快的一个分支。

一、蛋白质芯片的基本构成

蛋白质芯片是高通量、微型化和自动化的蛋白质分析技术。它一般包括3 个基本组成部分。

1.特殊材料制成的固相载体
呈薄片型,外观可做成长条状、圆形或椭圆形等不同形状,经特定处理后承载吸附有关的生物制剂。常用的材质有硅、云母、各种膜片等。各公司制作芯片采用的载体材料基本差不太多。

2.以特定方式固定在载体表面且有特定功能的蛋白质
对蛋白质芯片来说,制备时常常采用直接点样法,以避免蛋白质的空间结构改变,保持它和样品的特异性结合能力。现已有预置好已知探针的多种芯片系统(ciphergen biosystems) 出售,如微阵列式、微孔板式、凝胶块状等类型。一般来说,一块载体上根据需要固定的芯池可多可少,研究用芯片的芯池数目较少,大多都在6～10 个左右,多者可达10 多个;但供规模生产用的芯片,其芯池数量要多得多。现有一种构象型蛋白质芯片,其芯池数目高达1 600 个/cm2 ,呈微距阵排列,点样时须用机械手进行,可同时检测数千个样品。使用时先将需要检测的含有蛋白质的标本如尿液、血清、精液、组织提取物等按一定程序做好层析、电泳、色谱等前处理,然后在每个芯池内点入需要的种类,一般样品量只要2μl～10μl 的微量即可,根据测定目的不同可选用含有不同探针的芯片。让标本在每个芯池中与特定的探针结合或与其中含有的生物制剂相互作用一段时间,然后洗去未结合的或多余的物质,将样品固定一下等待检测即可。

3.蛋白质芯片的检测
样品中的蛋白质预先用荧光物质或同位素等标记,结合到芯片上的蛋白质就会发出特定的型号,用CCD(charge-coupled device) 照相技术及激光扫描系统等对信号进行检测。

二、蛋白质芯片的应用

蛋白质芯片能够同时分析上千种蛋白质的变化情况,使得在全基因组水平研究蛋白质的功能(如酶活性、抗体的特异性、配体-受体交互作用以及蛋白质与蛋白质或核酸或小分子的结合) 成为可能。

1.用于疾病诊断和疗效判定,即生物学标志的检测　　
蛋白质芯片能够同时检测生物样品中与某种疾病或环境因素损伤可能相关的全部蛋白质的含量变化情况,即表型指纹(phenomic fingerprint) 。对于疾病的诊断或筛查来讲,表型指纹要比单一标志物准确可靠得多。此外,表型指纹对监测疾病的进程和预后,判断治疗的效果也具有重要意义。蛋白质芯片的探针蛋白的特异性高、亲和力强,受其它杂质的影响较低,因此对生物样品的要求较低,简化了样品的前处理,甚至可以直接利用生物材料(血样、尿样、细胞及组织等) 进行检测。由于蛋白质芯片的高通量性质,加快了生物标志物发现和确认的速度。

2.用于研究蛋白质相互作用

3.用于发现药物或毒物新靶点及其作用机制研究　　
疾病的发生发展与某些蛋白质的变化有关,如果以这些蛋白质构筑芯片,对众多候选化学物进行筛选,直接筛选出与靶蛋白作用的化学物,将大大推进药物的开发。

右图为抗原芯片原理图