捕获低丰度蛋白的新技术（一）[创新技巧]

物以稀为贵，这句俗语用在生物界同样没错。低丰度蛋白，尽管稀少，却常常带有重要信息。在疾病治疗方面，它们往往充当了诊断、预后和治疗效果的标记物，也可能是治疗的靶点。然而，犹如大海捞针一般，它们却并不好找。

近年来，研究人员正不断提出新的方法和技术，从生物样品中挑出低丰度蛋白，以便确切地了解它们是什么，以及它们意味着什么。一旦找到，这些蛋白可通过质谱分析。在《Genome Technology》杂志上，一些科学家分享了他们的经验。

乔治梅森大学的Lance Liotta谈到：“关于生物标志物的最大问题在于质谱本身并不是非常灵敏。” Liotta实验室的主要工作是寻找并验证疾病的生物标志物。“如果你看看在临床实验室所完成的不同免疫分析检测，会发现大部分都不能被质谱所接替，因为它们丰度太低了。即使我们有一间大的质谱实验室，但质谱本身不够灵敏，不能发现低丰度的生物标志物。”

灵敏度是第一个问题。Liotta认为第二个问题在于血清或血浆中的生物标志物常与载体蛋白（如白蛋白）结合，试图分离并丢弃这些载体，也就意味着你丢弃了正在寻找的蛋白。Liotta认为：“你不可能将全部血清放入质谱仪，你也不可能浓缩它，如果那样，你的蛋白就太多了。”另外，还有一个问题是降解。蛋白会迅速降解，因此要找到并分析他们，时间很宝贵。

尽管存在着这些挑战，但研究人员还是竭尽全力去找到它们。与意大利的一个研究小组合作，Liotta决定选择纳米技术路线，利用带有不同诱饵的特制水凝胶纳米颗粒来一步捕获蛋白。这项工作于2009年发表在《Journal of Materials Chemistry》上。这些颗粒是由开放的网状物组成的，每个颗粒的大小为红细胞的1/100-1/50。与许多研究人员所使用的实心纳米颗粒不同，这些漂浮在溶液中，且颗粒内外的东西能以极快的速率交换。

试想一下，这些颗粒漂浮在溶液中，比如血液或尿液，它们有着高亲和力的诱饵，能够捕获目的分析物，并把它们困在颗粒内，保护它们不被降解。并且，它们还有着一个筛分表面，这样就能够排除白蛋白和免疫球蛋白。只需一步，你就能够亲和、捕获和纯化，你也可以将分析物从结合的白蛋白上拉下来，并保护它们不被降解。

研究人员所要做的只是离心，将纳米颗粒以及它们所捕获的低丰度蛋白留下来，用于质谱分析。Liotta提到，这种方法能将灵敏度提高1000倍，同时不增加背景噪音，同时保护样品不被降解。

这些诱饵并不是分析物特异的，它们与一类分析物结合，但亲和力很高，它们非常活泼，比抗体更好。此外，这些分子能将分析物从白蛋白上拉下来。其中一个例子就是血小板来源的生长因子，它们通常与血清中的白蛋白结合。然而，当血清与溶液中的纳米颗粒混合时，蛋白就被颗粒中的诱饵所吸引，离开了白蛋白。之后，研究人员可离心或洗脱这些颗粒。

Liotta和他的研究小组发表了几篇关于这种技术的文章。今年2月，他们在《Biomaterials》上发表了一篇文章，通过纳米颗粒来检测莱姆病（Lyme disease）。莱姆病的生物标志物很难找到，因此难以诊断。利用Liotta的纳米颗粒技术，研究小组实现了尿液样本中抗原的几乎100%捕获和100%提取。研究人员正在开发一种能用于临床的检测，帮助医生在早期诊断莱姆病。