蛋白芯片（一種高通量監測系統）

蛋白芯片（一種高通量監測系統）

蛋白芯片 （一種高通量監測系統） 次瀏覽 | 2022.10.15 16:59:03 更新 來源 ：互聯網 精選百科 本文由作者推薦 蛋白芯片一種高通量監測系統

蛋白芯片是一種高通量監測系統。通過靶分子和捕捉分子相互作用來監測蛋白分子之間的相互作用，捕獲分子一般都預固定在芯片表面，由于抗體的高度特異性和與抗原強結合特性所以被廣泛的用做捕獲分子。對于研究蛋白芯片的研究在芯片表面有效固定抗體是非常關鍵的，特別是在固定抗體一致性方面非常關鍵對于增強蛋白芯片的靈敏度。G蛋白是一種抗體結合蛋白，他特意結合抗體FC片段，因此已被廣泛的用于固定不同類型的抗體。蛋白芯片檢測提供健康指導，常規體檢是出具身體狀況判斷。

中文名

蛋白芯片

外文名

biochip、bioarray

別稱

生物芯片

技術起源

核酸分子雜交

用途分類

生物電子芯片、生物分析芯片

概述蛋白芯片設備

G蛋白是一種抗體結合蛋白，他特意結合抗體FC片段，因此已被廣泛的用于固定不同類型的抗體。C3-G蛋白N末端有三個半胱氨酸殘基，這就使得為G蛋白做金標和薄膜提供了方便而不要化學修飾。用百特侖LINKER LP(LP-001)可以給GST-G蛋白做良好的導向G蛋白薄膜，這些導向G蛋白薄膜可以使得蛋白芯片具有更好的結合抗原的能力。

主要形式

是以蛋白質代替DNA作為檢測對象，與在mRNA水平上的檢測基因表達的基因芯片不同，它直接在蛋白水平上檢測表達模式，在基因表達研究中基因芯片有著更加直接的應用前景。

蛋白陣列（protein arrays）主要有兩種形式：一種是抗體陣列（antibody arrays），利用陣列上的抗體識別樣品中的蛋白或其他分子；另一種則是我們今天要談到的靶蛋白陣列（target protein arrays），通過陣列上的蛋白檢測這些我們感興趣的蛋白和其他分子，如藥物、抗體、核酸、脂類或其他蛋白的作用。由于有高通量的優點，蛋白陣列是研究蛋白功能的好工具。

在蛋白質合成過程中或之后可能發生翻譯后改變，導致對蛋白質殘基的修飾。這樣的變化會改變蛋白質的物理和化學性質從而影響它們的形狀和功能。特殊自身抗體的存在可能會發出癥狀出現前識別疾病抗原的信號，例如惡性腫瘤所生成的那些抗原。[2]

基本原理

它的基本原理是將各種蛋白質有序地固定于載玻片等各種介質載體上成為檢測的芯片，然后，用標記了有特定熒光物質的抗體與芯片作用，與芯片上的蛋白質相匹配的抗體將與其對應的蛋白質結合，抗體上的熒光將指示對應的蛋白質及其表達數量。在將未與芯片上的蛋白質互補結合的抗體洗去之后利用熒光掃描儀或激光共聚掃描技術，測定芯片上各點的熒光強度，通過熒光強度分析蛋白質與蛋白之間相互作用的關系，由此達到測定各種基因表達功能的目的。

為了實現這個目的，首先必須通過一定的方法將蛋白質固定于合適的載體上，同時能夠維持蛋白質天然構象，也就是必須防止其變性以維持其原有的特定生物的活性。

另外，由于生物細胞中蛋白質的多樣性和功能的復雜性，開發和建立具有多功能樣品處理能力、能夠進行快速分析的高通量蛋白芯片技術將有利于簡化和加快蛋白質功能研究的進展。

液相

在功能基因組時代，為了揭示生命活動的規律，蛋白質研究是必然的發展方向面對動態的多因素的生命活動時，識別和檢測蛋白質以及認識其生理功能是非常艱巨的和繁重的工作。

組成

液相芯片體系由許多不同的小球體為主要基質構成，每種小球體上固定有不同的探針分子，將這些小球體懸浮于一個液相體系中，就構成了一個液相蛋白質芯片系統，利用這個系統，我們可以對同一個樣品中的多個不同的分子同時進行檢測，這種檢測技術我們稱之為xMAP(flexible Multi-Analyte Profiling) 技術。

在液相系統中，為了區分不同的探針，每一種用于標記探針的球形基質都帶有一個獨特的色彩編號。在球形基質的制造過程當中，摻入了兩種不同的紅色分類熒光，根據這兩種紅色分類熒光的比例不同，可以把球形基質分為100種。利用這100種球形基質，可以標記上100種不同的探針分子，同時對一個樣本中的100種不同的目的分子進行檢測。

為了便于探針分子的固定，在球形基質的表面進行了一系列的修飾，可適合各種蛋白，肽，核酸等生物分子的固定球形基質，探針分子，被檢測物，報告分子是液相蛋白芯片的4個主要構成部分。

反應步驟

1） 探針分子的固定，

2） 將這種標記好探針的球形基質與樣品反應。探針可以與相應的目的分子特異性的結合，帶有綠色報告熒光的報告分子也與目的分子特異性的結合，對反應進行定量。

3） 反應結果的檢測

抗體芯片

蛋白組學研究是即基因組學研究后的生命科學發展的一個大方向之一。蛋白質的結構和功能最終直接影響著生命活動的變化，基因轉錄水平的研究只能在一定程度上反映基因表達產物的變化，而真正發揮功能的蛋白要經過轉錄后加工、翻譯調控以及翻譯后加工等許多步驟和調控才能形成，因而對蛋白質的直接研究才能真實的解釋各種生命現象。但是目前研究蛋白質的手段和方法還沒有很大的發展，所以尋找有效、快捷的蛋白分析技術成為了至關重要的一個環節。

?蛋白芯片技術的出現給蛋白組學研究帶來新思路。蛋白組學研究中一個主要的內容就是要研究在不同生理狀態或病理狀態下蛋白水平的量變，微型化，集成化，高通量化的抗體芯片就是一個非常好的研究工具，它也是蛋白芯片中發展最快的芯片，而且在技術上已經日益成熟。這些抗體芯片有的已經在向臨床應用上發展，比如腫瘤標志物抗體芯片等，還有很多已經用在研究的各個領域里。

第一張商品化的抗體芯片是由美國BD Clontech公司推出的。這是一張用于研究的抗體芯片，芯片上排列了378種已知蛋白的單抗（Ab Microarray 380， 目錄號 K1847-1），這些單抗對應的蛋白都是細胞結構和功能上十分重要的蛋白，涉及信號傳導、腫瘤、細胞周期調控、細胞結構、細胞凋亡和神經生物學等廣泛的領域。通過這張芯片，我們在一次實驗中就能夠比較幾百種蛋白的表達變化。

Ab Microarray 380上抗體是經過精心挑選的，這些抗體不僅可以識別人源的蛋白，對小鼠和大鼠樣品同樣有效。另外，每個抗體的結合親和力都經過了實驗測定，從多種抗體來源的克隆中篩選出反應特異性好，交叉反應程度小，信號明顯的抗體，并且還要保證信號與抗原濃度有著良好的線性關系。優化的抗體探針才可以保證反應的特異和靈敏（可檢測20pg/ml的抗原濃度）。芯片的檢測是用熒光報告分子，常用的熒光掃描儀都能夠完成。

?第一代的蛋白芯片和DNA芯片一樣是作為一種定性分析的工具，可用于分析樣品之間相關蛋白的相對表達豐度；還可以作為DNA芯片的補充，用于研究蛋白和基因表達之間的關系。

操作流程

Ab Microarray 380抗體芯片并不要求特殊的實驗操作，只要一般常規的操作就可以完成以往極為復雜耗時的工作。整個操作流程包括：從50—200mg組織或細胞、體液中進行蛋白質抽提——用Cy5和Cy3兩種不同顏色的熒光分子分別標記兩個樣品——洗去多余的標記分子——與芯片雜交孵育——掃描分析結果。整個過程從樣品制備到結果分析只要一天即可完成，你只要準備好樣品、熒光染料、脫鹽純化柱（處理體液樣品時用）和熒光掃描儀，其他的試劑全部由試劑盒提供。

優化的試劑

隨芯片試劑盒提供的蛋白抽提/標記緩沖液，是專門為抗體芯片而設計的，非常溫和的去垢劑在能高效抽提膜結合蛋白（相比SDS煮沸法能抽提95%以上的蛋白）的同時能保持蛋白的天然活性（非變性條件），這樣能夠保證抽提的蛋白的溶解性和代表性，保證以后的實驗結果的真實性，和原始材料的一致性。

內源標準化信噪比

內源標準化處理可以得到一個內源標準化信噪比（INR），內源標準化處理是指對兩個樣品（A、B）中分別用兩種熒光標記分子（Cy3和Cy5）標記，并交叉與芯片雜交（見圖，A-Cy5和B-Cy3一組，A-Cy3和B-Cy5一組分別和芯片雜交），可以作為消除抗原—抗體結合效率差異的對照，也可以消除潛在的不同熒光分子的標記效率差異。假如Cy5標記效率高于Cy3，單純一個實驗的結果就會有偏差（Cy5標記的樣品信號偏高），用這種雙向交叉反應就可以消除這種偏差。兩芯片雜交結果分別得到兩組Ratio值，通過免費下載的工具就可以自動算出每個抗體抗原的INR值，這就代表在兩個樣品間某個蛋白的相對豐度。這種內源標準化處理可以大大減小樣品分析的偏差。

抗體芯片檢測的結果不是蛋白的絕對含量而是378個目的蛋白在兩個樣品之間的相對豐度。值得注意的是由于抗體抗原結合的差異、標記差異等原因，根據芯片結果信號的強弱判斷同一樣品中兩種不同蛋白的多少是不恰當的。

列入醫保

?銘源醫療發展公司擁有專利的多腫瘤標志物蛋白芯片檢測（簡稱“C-12蛋白芯片檢測”）已作為可報銷的臨床檢測被正式列入《上海市醫療服務項目和價格表》（簡稱“上海醫保目錄”）。根據相關規定，上海市基本醫療保險計劃受保人可免費或只需支付核準價人民幣280元中的28元或56元，便可在醫院進行C-12蛋白芯片檢測。作為國內最大的城市，上海市的常住人口已超過1880 萬，目前約有820 萬戶籍居民參加基本醫療保險計劃，這些居民均有資格部分報銷此項臨床檢測費用。

根據上海市醫學會組織專家評審會的一致推薦，上海市衛生局根據衛生部發布的《醫療技術臨床應用管理辦法》將C-12 蛋白芯片檢測歸類為“第一類醫療技術”。第一類醫療技術是指“安全性、有效性確切，醫療機構通過常規管理在臨床應用中能確保其安全性、有效性的技術”。此次歸類將C-12 蛋白芯片檢測由傳統的健康篩查拓展至針對腫瘤病人的主流臨床應用。

自2002年，C-12蛋白芯片面市以來，銘源醫療發展公司已成為蛋白芯片的主要供貨商。截止2009年6月底，公司已向中國、馬來西亞及泰國的醫院累計銷售C-12蛋白芯片逾1040萬片。此次C-12蛋白芯片檢測成功列入上海醫保目錄將進一步促進其在上海的銷售。同時，鑒于上海在長三角的特殊顯要位置，此舉將為公司繼續申請將C-12蛋白芯片檢測列入周邊其它省市醫保目錄提供有效的案例研究。公司的C-12蛋白芯片檢測為中國醫院篩查及監控癌癥腫瘤提供了一種具有成本效益并經過臨床證實的解決方案。隨著預防藥物相對傳統對癥治療藥物的持續增長趨勢，相信不遠的將來腫瘤標志物市場將繼續高速增長。

參考資料