定量蛋白质组学在纳米银材料中的研究进展(2)
3 蛋白质组学在的纳米银材料中的研究进展
徐丽明等[10]早在2011年就已经进行了纳米银离子毒性评估的全基因组进行了研究，该结果表明，与纳米银接触24 h的Hela细胞中上调的基因涉及各种初级代谢过程，细胞进程和应激反应，这些基因的上调可归因于银离子的释放。而纳米银所致的基因下调也可归因于银离子的释放，但基因下调中大多数功能的改变要归结于纳米银本身。而接触48 h后基因改变的数目大幅下降，提示毒性反应是顺时的。然而，随着人类基因组计划的实施和推进，生命科学的研究已经进入了后基因组时代，在这个时代，生命科学的主要研究对象是功能基因组学，包括结构基因组研究和蛋白质组研究等。尽管现在已有多个物种的基因组被测序，但在这些基因组中通常有一半以上基因的功能是未知的。目前功能基因组中所采用的策略，如基因芯片、基因表达序列分析(Serial analysis of gene expression， SAGE)等，都是从细胞中mRNA的角度来考虑的，其前提是细胞中mRNA的水平反映了蛋白质表达的水平。但事实并不完全如此，从DNA mRNA 蛋白质，存在三个层次的调控，即转录水平调控(Transcriptional control)，翻译水平调控(Translational control)，翻译后水平调控(Post-translational control)。从mRNA角度考虑，实际上仅包括了转录水平调控，并不能全面代表蛋白质表达水平。蛋白质组与基因组的有许多差别，它随着组织、甚至环境状态的不同而改变，在转录时，一个基因可以有多种mRNA形式剪接，并且，同一蛋白可能以许多形式进行翻译后的修饰，故一个蛋白质组不是一个基因组的直接产物，蛋白质组中蛋白质的数目有时可以超过基因组的数目。
, 百拇医药
目前，在纳米银材料的研究中，Verano-Braga T[11]等人使用定量蛋白质组学方法研究纳米银离子引发的细胞内反应，结果表明，一些独特的细胞进程是由纳米颗粒的粒径大小决定的。如，100 nm 粒径的纳米银粒子是通serine/threonine protein kinase (PAK)， mitogen-activated protein kinase (MAPK)和phosphatase 2A pathways 信号转到路径引发的直接效应，而20 nm粒径的纳米银粒子则直接诱导细胞应激反应，包括产生的活性氧和羰基化蛋白。此外，研究者还报道了有相关蛋白在给与20 nm粒径的纳米银颗粒之后呈明显上调并参与相扑化途径(SUMOylation pathway). Mirzajani F[12]等人利用蛋白质组学方法研究了纳米银颗粒对水稻的毒性，研究表明，已鉴定出的蛋白参与氧化应激耐受、Ca2+信号转导和转录调控、蛋白质降解、细胞壁和DNA/RNA/蛋白质的直接损伤，细胞凋亡和细胞分裂。Rainville LC[13]等利用蛋白质组学方法对柠檬酸包被的纳米银离子的毒性进行了评估，其结果表明了两种化合物之间的功能重叠，卵黄蛋白的一个最确定的特性是起应力传感器的作用。此外，相对于卵黄蛋白而言，当AgNO3诱导14-3-3 蛋白发生羟基化反应时，血红蛋白水平由于AgNP的暴露升高。该研究证实了以前观察到的纳米银粒子的急性毒性低，同时表明，银的两种形式的毒性随不同生物的途径，可能导致与水环境中的天然化合物或污染物的相互作用。
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4 结语
目前，国内外纳米银材料的生物学制品尚无完善的评估体系，如果能够基于iTRAQ技术结合MRM技术发现并确证有效的纳米银材料对于人体毒性的生物标志物，将极大程度地推进纳米银医用生物材料的评估体系建立。iTRAQ技术可对2～8个不同的样本同时分析，相比较于目前蛋白质组学的其他方法有着不可比拟的优势，通过iTRAQ技术对纳米银材料进行的全面的蛋白质组学研究，良好的重复性、可信性以及敏感性，其结合MRM技术进行大规模的生物标志物的验证和临床确证都证明了该两项技术的结合将会在纳米银生物医学材料毒性的评估方面有所作为。当然，iTRAQ 技术并非完美，因为，在同位素进行标记的同时就已经改变了检测物质的结构，这或多或少的会造成样本的误差。但是，我们有理由相信，随着iTRAQ技术的不断完善与发展，它不仅仅只限于在基础研究中发挥作用，其与MRM的结合在纳米银生物医学材料的毒性评估中极有可能发挥重要作用，从而实现纳米银材料评估历史上零的突破及质的飞越。
[参考文献]
, 百拇医药
[1] Zhang XP， Yin XF， Yu HH， et al. Quantitative proteomic analysis of serum proteins in patients with parkinson's disease using an isobaric tag for relative and absolute quantification labeling， two-dimensional liquid chromatography， and tandem mass spectrometry[J].ANALYST，2012， 137(2)：490-495.
[2] Lu Q， Bai J， Zhang L， et al. Two-dimensional liquid chromatography-tandem mass spectrometry coupled with isobaric tags for relative and absolute quantification (itraq) labeling approach revealed first proteome profiles of pulmonary alveolar macrophages infected with porcine reproductive and respiratory syndrome virus[J]. J Proteome Res， 2012， 11(5)：2890-2903., 百拇医药(刘赞 于滢 孙明波 陈文博 戴政宁 钟飞 余洋)
徐丽明等[10]早在2011年就已经进行了纳米银离子毒性评估的全基因组进行了研究，该结果表明，与纳米银接触24 h的Hela细胞中上调的基因涉及各种初级代谢过程，细胞进程和应激反应，这些基因的上调可归因于银离子的释放。而纳米银所致的基因下调也可归因于银离子的释放，但基因下调中大多数功能的改变要归结于纳米银本身。而接触48 h后基因改变的数目大幅下降，提示毒性反应是顺时的。然而，随着人类基因组计划的实施和推进，生命科学的研究已经进入了后基因组时代，在这个时代，生命科学的主要研究对象是功能基因组学，包括结构基因组研究和蛋白质组研究等。尽管现在已有多个物种的基因组被测序，但在这些基因组中通常有一半以上基因的功能是未知的。目前功能基因组中所采用的策略，如基因芯片、基因表达序列分析(Serial analysis of gene expression， SAGE)等，都是从细胞中mRNA的角度来考虑的，其前提是细胞中mRNA的水平反映了蛋白质表达的水平。但事实并不完全如此，从DNA mRNA 蛋白质，存在三个层次的调控，即转录水平调控(Transcriptional control)，翻译水平调控(Translational control)，翻译后水平调控(Post-translational control)。从mRNA角度考虑，实际上仅包括了转录水平调控，并不能全面代表蛋白质表达水平。蛋白质组与基因组的有许多差别，它随着组织、甚至环境状态的不同而改变，在转录时，一个基因可以有多种mRNA形式剪接，并且，同一蛋白可能以许多形式进行翻译后的修饰，故一个蛋白质组不是一个基因组的直接产物，蛋白质组中蛋白质的数目有时可以超过基因组的数目。
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目前，在纳米银材料的研究中，Verano-Braga T[11]等人使用定量蛋白质组学方法研究纳米银离子引发的细胞内反应，结果表明，一些独特的细胞进程是由纳米颗粒的粒径大小决定的。如，100 nm 粒径的纳米银粒子是通serine/threonine protein kinase (PAK)， mitogen-activated protein kinase (MAPK)和phosphatase 2A pathways 信号转到路径引发的直接效应，而20 nm粒径的纳米银粒子则直接诱导细胞应激反应，包括产生的活性氧和羰基化蛋白。此外，研究者还报道了有相关蛋白在给与20 nm粒径的纳米银颗粒之后呈明显上调并参与相扑化途径(SUMOylation pathway). Mirzajani F[12]等人利用蛋白质组学方法研究了纳米银颗粒对水稻的毒性，研究表明，已鉴定出的蛋白参与氧化应激耐受、Ca2+信号转导和转录调控、蛋白质降解、细胞壁和DNA/RNA/蛋白质的直接损伤，细胞凋亡和细胞分裂。Rainville LC[13]等利用蛋白质组学方法对柠檬酸包被的纳米银离子的毒性进行了评估，其结果表明了两种化合物之间的功能重叠，卵黄蛋白的一个最确定的特性是起应力传感器的作用。此外，相对于卵黄蛋白而言，当AgNO3诱导14-3-3 蛋白发生羟基化反应时，血红蛋白水平由于AgNP的暴露升高。该研究证实了以前观察到的纳米银粒子的急性毒性低，同时表明，银的两种形式的毒性随不同生物的途径，可能导致与水环境中的天然化合物或污染物的相互作用。
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4 结语
目前，国内外纳米银材料的生物学制品尚无完善的评估体系，如果能够基于iTRAQ技术结合MRM技术发现并确证有效的纳米银材料对于人体毒性的生物标志物，将极大程度地推进纳米银医用生物材料的评估体系建立。iTRAQ技术可对2～8个不同的样本同时分析，相比较于目前蛋白质组学的其他方法有着不可比拟的优势，通过iTRAQ技术对纳米银材料进行的全面的蛋白质组学研究，良好的重复性、可信性以及敏感性，其结合MRM技术进行大规模的生物标志物的验证和临床确证都证明了该两项技术的结合将会在纳米银生物医学材料毒性的评估方面有所作为。当然，iTRAQ 技术并非完美，因为，在同位素进行标记的同时就已经改变了检测物质的结构，这或多或少的会造成样本的误差。但是，我们有理由相信，随着iTRAQ技术的不断完善与发展，它不仅仅只限于在基础研究中发挥作用，其与MRM的结合在纳米银生物医学材料的毒性评估中极有可能发挥重要作用，从而实现纳米银材料评估历史上零的突破及质的飞越。
[参考文献]
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[1] Zhang XP， Yin XF， Yu HH， et al. Quantitative proteomic analysis of serum proteins in patients with parkinson's disease using an isobaric tag for relative and absolute quantification labeling， two-dimensional liquid chromatography， and tandem mass spectrometry[J].ANALYST，2012， 137(2)：490-495.
[2] Lu Q， Bai J， Zhang L， et al. Two-dimensional liquid chromatography-tandem mass spectrometry coupled with isobaric tags for relative and absolute quantification (itraq) labeling approach revealed first proteome profiles of pulmonary alveolar macrophages infected with porcine reproductive and respiratory syndrome virus[J]. J Proteome Res， 2012， 11(5)：2890-2903., 百拇医药(刘赞 于滢 孙明波 陈文博 戴政宁 钟飞 余洋)