当然,使用这种目标的方法,你仅能发现你专门去寻找的那些生物标志物,但好处是减少了被质谱测定的蛋白的数量。“你消除了大量的噪音——人对人的噪音和其它的噪音——因为你没有去测定大部分的蛋白,”Aebersold说。目标物的质谱方法,比非目标物的发现-比较方法,灵敏度获得了量级的提高,特别是当面对如血清这种非常复杂的样本时。
相似的,美国国立癌症研究所实施的癌症的临床蛋白质组学技术(CPTAC)计划,也资助于那些目标的、候选蛋白为基础的方法。 “候选蛋白为基础的方法更稳健、定量更准确,”Steven Carr说,他是美国马萨诸塞州剑桥Broad研究所蛋白质组学平台的主任,和CPTAC的研究员。在优先独立观测的基础上,CPTAC和癌症研究的团体一起工作,鉴定了和癌症相关的大约1,000种候选蛋白生物标志物。这些候选物的子集,将被CPTAC参与者开发的高通量验证方法来测试(见附录:BOX1)。
新推出的三重四极杆质谱和软件,可能帮助扩展目标物方法的用途。Waters公司的Xevo TQ质谱特点是:在实验中做串联质谱(MS/MS)采集,同时获得定量的MRM数据,这在先前的串联质谱上是不可能的。这种功能,使用户可以根据MS/MS选择感兴趣的蛋白,然后在同一次试验中对感兴趣的离子进行MRM分析。系统利用了新的“VERIFYE'”软件和Xevo TQ 质谱的优点,监测MS/MS分析中产生的所有的肽和蛋白,然后在目标物的方法中找到离子化和断裂最强的碎片进行监控。

新的软件和工具,比如赛默飞世尔科技新推出的Proteome Discoverer,使质谱数据的解析对用户来说更容易。
数字游戏
“我认为质谱定量是一个非常令人兴奋的领域,过去的几年,在标记和非标记方面都取得了很多成果。” 布鲁克道尔顿的Suckau说。在蛋白质组学研究团体中,质谱定量方法的崛起,是近年来厂商努力工作的结果,他们为研究者们开发了标记和非标记的方法及工具包。
在“标记方面”,赛默飞世尔科技推出了新的串联质谱标签(tandem mass tag)工具包,叫做TMT,用于标记实验。TMT是位于英国Cobham的Proteome Science公司发明的。TMT包含带有氨基活性基团的等量的串联质量标签,一个质量归一化的连接子,一个可断裂的化学键,和报告离子(reporter ion)系列。使用这些试剂,研究者们能够在一个样本中专门标记肽和蛋白,然后进行相对或绝对的定量。
在“非标记方面”,Mann直接指出,仪器的进步像催化剂一样使定量方法日益流行。“我们有适于应用非标记方法的Orbitrap;和同样具有良好分辨率的先进的TOF质谱;这是很好的一步,” Mann说。“通常我认为非标记方法非常有趣,尤其在生物标志物发现的环境背景方面。”
Lester Taylor,赛默飞世尔科技质谱和生命科学团队的市场总监,指出了分辨率的重要性。“有大量的仪器提高了质量准确度(指对一个质量能测得多准),但只有质量准确度是不够的。关键之一是要有足够的分辨率(指分开两个质量的能力),这样你才能确信你正在监测的峰和其它干扰已经很好地分开。” Taylor说。
Aebersold的小组使用了标记和非标记两种方法用于目标物蛋白质组研究。他的团队倾向于使用ICAT或iTRAQ标记来进行潜在的生物标志物的验证。“对于检测血清中的目标多肽,我们使用了ICAT标记参比肽,以确定血清蛋白的绝对量,” 他说,“原因很简单,你要准确地定量样品中的多肽,并读出绝对的浓度。” 但在最初的发现阶段,他们使用非标记的方法来建立他们感兴趣的蛋白列表,因为非标记方法花费较低,并具有更高的通量。
验证和超越
“ 你必须分析大量的样本,才能知道一个生物标志物是否具有临床用途。” Langridge说,并谈到蛋白生物标志物验证的另一个问题:完全的样本数目。因为人类种群的多样性,对候选蛋白生物标志物进行统计学的有效验证,可能要求研究几百名病人的样本。然而在开发阶段,验证必须的高分辨率仪器往往不适合高通量工作。
Carr认为这样的通量问题会在近几年被解决,通过开发稳健的高通量流水线(pipelines)。他认为在验证阶段大部分的瓶颈,不是来源于质谱本身,而是源于样品制备。CPTAC的成员们,和更多的商业开发者们,正在努力开发新技术,来提高发现和验证过程中所有部分的通量。
表1. 供应商指南:提供质谱仪及配件的公司(见附件)
附件:
BOX1 标准和实践
2006年1月,美国国立癌症研究所开始资助癌症的临床蛋白质组学技术(CPTAC)评估项目,一项为期5年、1.04亿美元的计划,用于拓展蛋白质组学技术在临床癌症诊断中的应用。
Steven Carr,位于Broad研究所的一个CPTAC研究组的首席研究员说,蛋白质组学至今仍未对临床诊断做出重大贡献。“技术没有错,而是我们对以下方面缺乏清晰的了解:技术基础上能够做什么、怎样为这样的平台准备最好的临床样本,以及什么样品最适于蛋白质组学研究,” Carr说。这是Carr领导的Broad研究所;纽约的斯隆-凯特林癌症中心的CPTAC研究组;印第安纳西拉法耶特的普渡大学;加州大学伯克利分校;田纳西州纳什维尔的范德比尔特大学医学院,共同创建的一个标准化流水线,用于蛋白质生物标志物的发现和验证。
这5个CPTAC小组合作,跨实验室测试样品,在两个领域内建立标准化的程序:非歧视地发现蛋白质组,和用MRM技术进行候选物的验证。通过保持所有他们有可能一致的条件——质谱系统,工作流程和标准操作程序——这5个研究组系统地研究了产生偏差/变化的来源。“关于非歧视地发现,研究组将使用多达100个蛋白质添加到复杂的生物背景(比如细胞裂解液)中,看看在不同丰度下,蛋白怎样才能被可靠和重现的检测。在样本之间、各级的特定蛋白质的稳定的差别怎样能够被鉴定(模拟真正的生物标志物发现过程),假阳性率是多少。关于用MRM方法进行目标物验证,我们正在使用稳定同位素标记的多肽,来定量添加到血浆中的蛋白质,并在5个不同的研究组的7台仪器上,建立重现性,线性响应,和检测限。” Carr解释。
CPTAC现在正在进行下阶段的生物标志物鉴定工作:大规模水平上的验证流水线。来自华盛顿特区的血浆蛋白质研究所的Leigh Anderson说,流水线必须是稳健的,能够被很好地验证。“如果存在一个标志物,我们需要一条流水线,这样我们才有把握去发现它。” 他说,因为他预测在临床验证阶段,候选物大概有95~98%的筛出率。
Anderson 和Carr都认为,在验证阶段最大的挑战来源于如何对待现有质谱仪器有限的灵敏度。他们指望着仪器制造商能提供灵敏度提高5~10倍的系统,来帮助解决问题。
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