蛋白质定量技术：方法、优势与应用

在现代生物医学研究中，蛋白质被视为细胞功能的直接体现者。无论是探究疾病的分子机制，还是开发精准医疗方案，研究者都必须深入了解蛋白质在不同条件下的表达变化。因此，蛋白质定量技术逐渐成为生命科学研究中不可或缺的一环。

 

一、蛋白质定量的科学意义

蛋白质定量，即对特定生物样本中目标蛋白的丰度进行数值化测量。在生理和病理过程中，蛋白表达常伴随着显著波动，通过定量分析可以反映出基因表达后的实际功能状态。与转录组或基因组数据相比，蛋白质水平的数据更加接近表型层面，是连接基因调控与细胞功能的关键桥梁。例如，两个组织样本即便在mRNA水平无明显差异，但在蛋白水平上可能存在显著表达失衡，这种“转录后调控”现象往往对疾病发生发展至关重要。

 

二、蛋白质定量方法概览

当前常用的蛋白质定量方法主要可分为三大类：基于标记的方法、无标记方法，以及靶向质谱定量方法。不同策略适用于不同的研究目标、样本类型和预算考量。

1、基于同位素标记的方法

📌TMT/iTRAQ

TMT（Tandem Mass Tags）和iTRAQ（Isobaric Tags for Relative and Absolute Quantification）均属于同位素标签定量技术，通过将不同样本中的肽段打上不同的同位素标签，实现样本在同一质谱实验中的并行分析。

优势：

• 可一次性分析8至16个样本，效率高

• 数据一致性强，适合处理临床队列

• 常与高分辨率Orbitrap平台联用，提高定量精度

限制：

• 存在比值压缩（ratio compression）：共洗脱干扰信号会影响定量准确性。

• 成本较高：标签试剂价格昂贵。

• 对样本质量和酶解效率要求高，前处理复杂。

 

📌SILAC

SILAC（Stable Isotope Labeling by Amino acids in Cell culture）采用体内标记原理，直接将含13C或15N的氨基酸引入细胞培养中，生成“轻重肽”差异，适合细胞系蛋白表达动态研究。

优势：

• 生物学背景统一，变异少

• 非侵入性，标记效率几乎100%

• 适合研究信号通路激活、蛋白互作动态等

限制：

• 不适用于组织、体液等非培养类样本

• 培养时间长，且部分细胞系对标记氨基酸适应性差。

 

2、无标记定量（Label-Free Quantification, LFQ）

LFQ是目前应用最广泛的蛋白质定量策略之一。它不需要任何化学或同位素标签，而是依赖于肽段在质谱中的离子强度或谱图数进行相对定量。

优势：

• 样本处理流程简单，成本低

• 样本类型兼容性强（适用于血清、组织、细胞、外泌体等）

• 适合开展大规模样本探索研究

限制：

• 定量精度受质谱稳定性影响大：对LC-MS/MS平台一致性要求高。

• 动态范围有限：极低丰度蛋白可能被漏检。

• 批间差异需严格控制，通常需设置内部标准或伪重抽样策略以提升可信度。

 

3、靶向定量

当研究进入蛋白验证阶段，尤其需要高特异性与高重复性的定量方法时，MRM（Multiple Reaction Monitoring）和PRM（Parallel Reaction Monitoring）成为首选。

📌MRM

MRM常用于蛋白验证与临床转化研究。其原理是通过选择性地监测特定肽段及其碎片离子的特征对，实现高灵敏度检测。

优势：

• 极低的背景干扰

• 良好的定量线性范围

• 适合绝对定量，结合内标后可提供ng/mL级别的精度

限制：

• 建立方法复杂：需针对每个目标肽段进行优化。

• 一次性分析蛋白数量有限：通量受限于质谱循环速度。

• 不适合探索性研究，仅适用于已知目标。

 

📌PRM

PRM利用高分辨质谱全面扫描目标肽段的所有碎片离子。

优势：

• 分辨率高，干扰更少。

• 数据更全面，便于后期数据验证与复用。

• 适合靶标验证与转化研究过渡阶段。

限制：

• 对仪器性能要求高：需高分辨率质谱支持。

• 数据分析较为复杂，对信息学工具依赖程度高。

 

三、蛋白质定量的典型应用场景

1、疾病分子机制研究

通过分析患者与正常对照样本中的蛋白表达差异，可揭示疾病关键通路及核心调控节点。例如，乳腺癌亚型间蛋白表达谱存在显著差异，为精准分型和治疗靶点识别提供理论依据。

 

2、生物标志物筛选与验证

从Discovery阶段的大规模筛选（如LFQ或TMT），到PRM/MRM验证，蛋白定量技术构成了完整的标志物研究链条，推动基础成果向临床应用转化。

 

3、药物作用机制与疗效评估

在药物研发中，研究者常利用蛋白定量分析药物处理前后的蛋白变化，揭示其作用靶点、影响通路，评估疗效和毒性。

 

4、微生态与免疫互作研究

蛋白定量结合代谢组与转录组等技术，能够系统地剖析宿主-微生物-免疫系统间的相互作用，已广泛应用于肠道疾病、自身免疫病研究中。

 

从揭示细胞应答机制，到识别临床诊断标志物，再到推动个体化治疗策略建立，蛋白定量的价值正日益凸显。无论是高通量的iTRAQ/TMT、灵活便捷的LFQ，还是精确靶向的MRM/PRM，不同蛋白质定量方法在各自应用场景中都展现出独特优势。百泰派克生物科技基于先进的质谱平台与成熟的数据分析体系，为科研人员提供灵活、高效、定制化的定量蛋白组分析服务，助力您的每一次科学发现更进一步。

 

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